Quantumfysica 1; honours

Quantum Physics 1; honours

Studiewijzer 2018/2019

Globale inhoud

De belangrijkste principes van de quantumtheorie, superpositie en verstrengeling, zijn in de jaren 1920-1930 vastgelegd. Toch duurde het nog tot de jaren 1980 voordat duidelijk werd dat de quantumtheorie een fundamenteel nieuw perspectief biedt op ‘informatie’ - meer specifiek op de wetenschap en de technologie van het opslaan, bewerken en overdragen van informatie. Als informatie wordt opgeslagen in de quantummechanische toestand van een systeem (in de praktijk: een aantal quantumbits of qubits), geeft dat nieuwe mogelijkheden om die informatie te bewerken of over te dragen. Algoritmes die draaien op een quantumcomputer kunnen bepaalde (maar lang niet alle!) rekentaken sneller uitvoeren dan een gewone computer. Partijen die een verstrengeling delen kunnen beter communiceren en partijen die zijn verbonden door een quantumkanaal (bv een glasvezelkabel) kunnen de boodschappen die ze uitwisselen beveiligen met quantumcryptografie.

Het vakgbied van ‘quantum informatie’ ontwikkelt zich razendsnel - een recente mijlpaal was de lancering van de ‘IBM Quantum Experience’ - een prototype quantumcomputer met vijf qubits, die beschikbaar is voor het publiek. Inmiddels biedt IBM Q 16 qubits en zijn er andere bedrijven (zoals Rigetti) die een quantum computer beschikbaar stellen.

In dit college gaan we deze ontwikkelingen verkennen en bestuderen. We leren de principes van een enkel qubit en bekijken hoe hieruit stapsgewijs een quantumcircuit kan worden gebouwd dat een rekentaak kan uitvoeren.

Studiemateriaal

Literatuur

• Interactief dictaat, beschikbaar via Canvas. Aanvullend hierop wordt verwezen naar delen van de syllabus Quantumfysica 1, `Quantum Mechanics' van Griffiths en `Quantum Mechanics - The Theoretical Minimum' van Susskind & Friedman.

Syllabus

Software

• Quirk en IBM Q

Leerdoelen

De student begrijpt hoe informatie kan worden opgeslagen en bewerkt in quantumsystemen en waardeert de nieuwe mogelijkheden die dit biedt.

De student doet ervaring op met het implementeren van een eenvoudig quantum algoritme op een simulator of op een eenvoudig qubit platform.

Onderwijsvormen

• Zelfstudie
• Zelfstandig werken aan bijv. project/scriptie
• Werkcollege
• Begeleiding/feedbackmoment
• Presentatie/symposium

qLessen -- 10 maal 45 minuten.

Voorafgaand aan elk van de 10 qLessen wordt een hoeveelheid studiemateriaal aangeboden. Allereerst is er per qLes een dictaat dat wordt ondersteund door een `interactieve versie' in de vorm van dia's die te vinden zijn op Canvas. Alle studenten nemen voor de zitting dit materiaal door. Bij de leerstof hoort een aantal quiz vragen (te vinden op Canvas).

De bijeenkomsten worden ingevuld met

• Q & A - vragen van de studenten over de stof en de quizvragen,
• verkenning en oplossing van oefenvragen (exercises) en een vraagstuk (problem) voor die qLes.

Tijdens elke qLes is er een speciale rol voor een groepje van ongeveer 3 studenten - de gespreksleiders. Zij voeren de Q & A en leiden het werk aan het vraagstuk in goede banen. Docent en studentassistent treden op als achtervang. Voorafgaand aan de qLes neemt het groepje de stof door met de assistent.

qProjecten -- te bespreken in week 20 en 21.

Studenten implementeren in groepjes van 3 een eenvoudig quantumalgoritme op een simulator of qubit platform. In de laatste twee weken worden de projecten gepresenteerd (15 min per project).

Alle studenten zijn deel van een groepje van 3 dat bij een qLes als gesprekleider optreedt en samen een qProject doet.

Verdeling leeractiviteiten

Aanwezigheid

Aanwezigheidseisen opleiding (OER-B):

• Van elke student wordt actieve deelname verwacht aan het onderwijsonderdeel waarvoor hij staat ingeschreven. Een student die de eerste twee werkcolleges van een lesblok geen gebruik maakt van de werkcolleges, zal administratief uit de werkcollegegroep verwijderd worden. Een verzoek opnieuw ingeschreven te worden bij de werkcolleges kan ingediend worden bij de opleidingscoördinator.
• Als een student door overmacht niet aanwezig kan zijn bij een verplicht onderdeel van het onderdeel, dient hij dit zo snel mogelijk schriftelijk te melden bij de betreffende docent. De docent kan, eventueel na overleg met de studieadviseur, besluiten om de student een vervangende opdracht op te leggen.
• Het is niet toegestaan om verplichte onderdelen van een onderdeel te missen als er geen sprake is van overmacht.
• Bij kwalitatief of kwantitatief onvoldoende deelname, kan de examinator de student uitsluiten van verdere deelname aan het onderdeel of een gedeelte daarvan. Voorwaarden voor voldoende deelname worden van te voren vastgelegd in de studiewijzer.
• Ter uitbreiding van de bovenstaande regels geldt voor de vakken in het eerste semester van het eerste jaar dat een student bij minimaal 80% van de werkcolleges aanwezig dient te zijn. Bovendien moet worden deelgenomen aan eventuele tussentoetsen en verplicht gesteld huiswerk. Als niet aan deze verplichting is voldaan, wordt de student uitgesloten voor de herkansing van het bijbehorende vak. Studenten in het Dubbele Bachelor programma Wis- en Natuurkunde zijn vrijgesteld van deze plicht. In geval van persoonlijke omstandigheden, zoals in OER-A Artikel 6.4 omschreven, wordt in overleg met de studieadviseur een afwijkend studieplan gemaakt.

Aanvullende eisen voor dit vak:

De beoordeling van de studenten zal worden gebaseerd op actieve deelname en inbreng, het invullen van de rol als gespreksleider tijdens de qLes, en de kwaliteit van het werk aan het qProject. Er is geen schriftelijk tentamen. Daarbij gaan we er van uit dat tenminste 7 van de 8 sessies actief zijn voorbereid (oa het maken van de quizes) en bijgewoond. Lukt dat door omstandigheden niet, dan overleggen we over wat nodig is voor de beoordeling.

Toetsing

zie hierboven in in de studiewijzer op canvas

Inzage toetsing

nvt

Opdrachten

zie hierboven en in de Studiewijzer op canvas

Fraude en plagiaat

Dit vak hanteert de algemene 'Fraude- en plagiaatregeling' van de UvA. Hier wordt nauwkeurig op gecontroleerd. Bij verdenking van fraude of plagiaat wordt de examencommissie van de opleiding ingeschakeld. Zie de Fraude- en plagiaatregeling van de UvA: http://student.uva.nl

Weekplanning

Rooster

Het rooster van dit vak is in te zien op DataNose.

Aanvullende informatie

Dit vak is in principe bedoeld voor honoursstudenten of studenten met een bijzondere belangstelling voor het onderwerp. Houdt er rekening mee dat het tempo van het vak hoog ligt.

Verwerking vakevaluaties

Hieronder vind je de aanpassingen in de opzet van het vak naar aanleiding van de vakevaluaties.

De werkwijze bij de Q&A is aangepast (niet langer een samenvatting van de leerstof). Verder quizes toegevoegd, verfijning van de leerstof en update van de lijst met suggesties voor qProjecten.

Contactinformatie

Coördinator

• prof. dr. C.J.M. Schoutens