10386 Eksperimentelle Teknikker i Kvanteteknologi

2023/2024

Kursusinformation
Experimental Techniques in Quantum Technology
Engelsk
5
Kandidat
Juni
Campus Lyngby
Projektorienteret eksperimentelt gruppearbejde. Hver gruppe vælger deres projekt fra en liste af givne problemstillinger relateret til eksperimentel kvanteteknologi.
3-uger
Bedømmelse af øvelser og rapport(er)
Præsentation af poster over det udførte arbejde samt rapport i form af eksperimentel logbog.
bestået/ikke bestået , intern bedømmelse
10102 , Mindstekravet er kvantemekanik (10102) men et bedre udbytte af kurset vil opnås med forudgående kendskab til avanceret kvantemekanik fra videregående kvantemekanik (10112), kvanteinformation (10384) eller kvanteoptik (10380).
Minimum 3 Maksimum: 60
Tobias Gehring , Lyngby Campus, Bygning 307 , tobias.gehring@fysik.dtu.dk
Ulrich Busk Hoff
10 Institut for Fysik
I studieplanlæggeren
Overordnede kursusmål
Forskningsgennembrud har inden for de seneste årtier gjort kvanteeffekter som kvantesuperpositionstilstande og entanglement mere begribelige og kontrollerbare. Disse effekter udnyttes nu i udviklingen af nye kvanteteknologier, der fundamentalt adskiller sig fra de eksisterende. Denne udvikling vil bla. føre til kvantekryptografi-baseret kommunikationssikring, et paradigmeskifte inden for computervidenskaben (kvantecomputeren) og ekstremt følsomme sensorer baseret på f.eks defekter i diamant men atomlignende egenskaber.
Der er således tale om en forestående teknologisk revolution, og erhvervslivet (f.eks. Google og Microsoft) investerer massivt i udviklingen.

Målet med dette kursus er at undersøge nogle af disse kvanteteknologier eksperimentelt, særligt med fokus på optiske teknologier. Dette inkluderer en forståelse af hvorledes kvantetilstande genereres, detekteres og karakteriseres. Der vil specielt være fokus på håndtering og eliminering af teknisk støj, der uundgåeligt er tilstede i ethvert eksperiment og udvasker de subtile kvanteeffekter.
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
  • Transformere teoretisk kvantefysik til praktisk implementering
  • Diagnosticere og vurdere tekniske imperfektioner i eksperimentelle opstillinger
  • Identificere, designe og implementere optimale strategier til dataanalyse
  • Redegøre for forskellige anvendte teknikker i en bestemt kvanteteknologi
  • Diskutere kvanteoptiske eksperimenter
  • Organisere, planlægge og udføre fælles arbejde i en projektgruppe
  • Præsentere og forsvare eksperimentelt arbejde
  • Dokumentere eksperimentelt arbejde
Kursusindhold
Kurset giver mulighed for at implementere og undersøge anvendelser af kvanteteknologi. De studerende vil i grupper udvælge en bestemt kvanteteknologi, undersøge teorien bag og planlægge implementeringen af denne under hensyntagen til relevante eksperimentelle imperfektioner. Efter en detaljeret karakterisering af de enkelte komponenter gruppen vælger at inddrage, går de videre med implementeringen.

Afhænging af hvilken teknologi gruppen vælger, vil de komme til at arbejde med:
- enkelte fotoner genereret ved parametrisk nedkonvertering
- enkeltfotondetektorer
- coherent stater
- homodyn detektion af kontinuerte variabler
- Hong-Ou-Mandel effekt
- Hanbury-Brown-Twiss opstilling
- brud af Bells ulighed med entanglement
- kvanteinterferometri
- optisk detekteret magnetisk resonans (ODMR)

Der vil være særligt fokus på de tekniske detaljer en eksperimentalist skal tage hensyn til i forbindelse med demonstration af teoretiske kvanteoptiske forudsigelser og implementering af disse i konkret praksis. Den studerende får således en indføring til de tekniske udfordringer en ingeniør møder i det praktiske arbejde med moderne kvanteteknologi.
Litteraturhenvisninger
Relevant litteratur vil blive inddraget i henhold til de enkelte projektgruppers behov. Der er ikke et fast pensum.
Sidst opdateret
04. maj, 2023