Vorlesung: "Grundlagen der Experimentalphysik IV (Physik der Atome und Kerne)" Prof. J. Wrachtrup, Dr. A. Volkmer

Literatur
• Theo Mayer-Kuckuk “Atomphysik”, Teubner
• Theo Mayer Kuckuk “Kernphysik”, Vieweg+Teubner
• Hermann Haken, Hans Christoph Wolf “Atom- und Quantenphysik”, Springer
• Wolfgang Demtröder “Experimentalphysik 3”, Springer
• Wolfgang Demtröder “Experimentalphysik 4”, Springer
• Klaus Bethge, Gertrud Walter, Bernhard Wiedemann “Kernphysik – Eine Einführung”

Übungsgruppen:
Bitte auf C@MPUS für die Übungsgruppen anmelden – Link (intern): Weiter zu C@mpus

Scheinbedingungen:

• 50% der Votierpunkte
• 2x Vorrechnen in der Übungsgruppe

Kurztests:

• Die Kurztests haben die Form von zwei Mini-Klausuren.
• Diese Mini-Klausuren sollen Ihnen bei der Vorbereitung auf die Prüfungs-Klausur helfen.
• Gegenstand der Mini-Klausuren ist jeweils der bis zum Zeitpunkt der Klausur behandelte Stoff.
• Die Mini-Klausuren werden korrigiert und benotet. Diese Noten sind die Grundlage für die Noten bei benoteten Übungsscheinen.

Prüfungsinformationen

Bitte bringen Sie Ihren Studierendenausweis mit!
Bitte 15 min vor Prüfungsbeginn erscheinen!

Zugelassene Hilfsmittel:

• nicht programmierbarer Taschenrechner;
• Handschriftliche Formelsammlung (ein DIN A4 Blatt, beidseitig beschrieben);
• Mathematische Formelsammlung.

Die Nutzung von internetfähigen Geräten, z.B. Smartphones oder Tablets, ist nicht zugelassen.

Die Klausur ist eine getrennte Prüfungsleistung unabhängig vom Übungsschein. Je nach Studiengang finden unterschiedliche Regelungen Anwendung:

B.Sc. Physik
Grundlagen der Experimentalphysik III + IV (Prüfungsnummer 39351)
Art:       schriftliche Prüfung, 120 Minuten
Termin: Di, 11.09.2018, 11:00-13:00 Uhr
Raum:   PWR07 – HS 7.03: alle Studierenden mit Familienenamen beginnend mit A bis N ////// PWR09 – HS 9.01: alle Studierenden mit Familienenamen beginnend mit O bis Z
Zulassungsvoraussetzungen: Scheine für Experimentalphysik III und Experimentalphysik IV

B.A. Lehramt
Grundlagen der Experimentalphysik für Lehramt III + IV (Prüfungsnummer 58961)
Art:       schriftliche Prüfung, 120 Minuten
Termin: Di, 11.09.2018, 11:00-13:00 Uhr
Raum:  PWR09 – HS 9.01
Zulassungsvoraussetzungen: Scheine für Experimentalphysik III und Experimentalphysik IV

Lehramt (GymPO)
Fortgeschrittene Experimentalphysik für Lehramt, Teil I: Atome und Kerne (Prüfungsnummer 27721)
Art:       schriftliche Prüfung, 60 Minuten
Termin: Di, 11.09.2018, 11:00-12:00 Uhr
Raum:  PWR09 – HS 9.01
Zulassungsvoraussetzung: Schein für Experimentalphysik IV

M.Ed. Lehramt
Fortgeschrittene Experimentalphysik für Lehramt, Teil I: Atome und Kerne (Prüfungsnummer 50441)
Art:       schriftliche Prüfung, 60 Minuten
Termin: Di, 11.09.2018, 11:00-12:00 Uhr
Raum:  PWR09 – HS 9.01
Zulassungsvoraussetzung: Schein für Experimentalphysik IV

Vorlesung: "Grundlagen der Experimentalphysik III (Optik)" Prof. Dr. Sebastian Loth, Dr. Andreas Volkmer

Vorlesung: " Quantum Information" D. Dasari, Prof. J. Wrachtrup

Topics:

11.04.17 – Stabilizer Codes: construction and properties
19.04.17 – 5 qubit code; fault tolerance
26.04.17 – Experiments: superconducting qubits, spins (incl. NMR)
03.05.17 – Toric code
10.05.17 – Superconducting qubits, quantum theory of
17.05.17 – Experiments SC Qubits I
24.05.17 – Experiments SC Qubits and theory II
31.05.17 – Cavity Electrodynamics (Quantum) I
14.06.17 – Cavity Electrodynamics (Quantum) II
21.06.17 – Adiabatic Quantum Computing (D-Wave)
28.06.17 – Measurement-based Quantum Computing I
05.07.17 – Measurement-based Quantum Computing II
12.07.17 – Quantum Network (Quantum Internet) I
19.07.17 – Quantum Network (Quantum Internet) II

Hauptseminar: " Precision Measurements" A. Denisenko, I. Gerhard, P. Neumann, Prof. J. Wrachtrup

Topics:

Vorlesung: "Quanteninformationsverarbeitung"  Prof. J. Wrachtrup, H.Fedder, J.Greiner, D. Dasari

Informationen werden gewöhnlich digital als 0 und 1 dargestellt und die Informations-Verarbeitung geschieht gegenwärtig nach rein mathematischen Prinzipien. Es bleibt aber festzustellen: „Information is physical“ und das gilt auch für die Computer die diese verarbeiten. Insbesondere bestimmt die Quantenphysik prinzipielle Grenzen der Informations-Verarbeitung und eröffnet vollkommen neue Möglichkeiten für dem Umgang mit Informationen. Im Rahmen der Vorlesung sollen die Grundlagen und Anwendungen der Quanteninformationsverarbeitung behandelt werden. Ausgehend von den quantenmechanischen Grundlagen der Informations-Verarbeitung werden Quantenalgorithmen und physikalische Realisierungen von Quanten-computern und die Quanteninformationstheorie behandelt.

Inhalt

Vorlesung: "Quanteninformationsverarbeitung 2"  Prof. J. Wrachtrup

Die Vorlesung wird sich mit den physikalischen Grundlagen der Realisierung von Quantencomputern beschäftigen. Wir werden verschiedene Hardwarekonzepte analysieren und miteinander vergleichen. Weiterhin werden wir verschiedene Konzepte für Quantencomputer untersuchen. Während adiabatische Quantencomputer bereits erste Ergebnisse als Quantensimulatoren aufweisen können, steckt die Realisierung von digitalen Quantencomputern noch in den Kinderschuhen. Neben der Verarbeitung von Information stellt die Kommunikation und sicherer Verschlüsselung (Quantenkryptographie) von Information ein wichtiges Arbeitsfeld der Quanteninformationsverarbeitung dar. In der Regel basiert die Quantenkryptographie auf der Kodierung einzelner Bits durch einzelne Photonen. Da diese aber eine begrenzte Reichweite aufweisen sind Konzepte für Quantenrepeater für die langreichweitige Quantenkommunikation und das Quanteninternet entwickelt worden. Im Rahmen der Vorlesung werden wir uns mit diesen Konzepten beschäftigen und erste experimentelle Realisierungen analysieren.

Inhalt

Vorlesung: "Quanteninformationsverarbeitung"  Prof. J. Wrachtrup

Informationen werden gewöhnlich digital als 0 und 1 dargestellt und die Informations-Verarbeitung geschieht gegenwärtig nach rein mathematischen Prinzipien. Es bleibt aber festzustellen: „Information is physical“ und das gilt auch für die Computer die diese verarbeiten. Insbesondere bestimmt die Quantenphysik prinzipielle Grenzen der Informations-Verarbeitung und eröffnet vollkommen neue Möglichkeiten für dem Umgang mit Informationen. Im Rahmen der Vorlesung sollen die Grundlagen und Anwendungen der Quanteninformationsverarbeitung behandelt werden. Ausgehend von den quantenmechanischen Grundlagen der Informations-Verarbeitung werden Quantenalgorithmen und physikalische Realisierungen von Quanten-computern und die Quanteninformationstheorie behandelt.

Inhalt

Hauptseminar: "Hybride Quantensysteme - zwischen Grundlagenexperimenten und Anwendungen" I. Gerhardt, P. Neumann, Prof. J. Wrachtrup

Hybride Quantensysteme - zwischen Grundlagenexperimenten und Anwendungen

Inhalt

Vorlesung: "Quantencomputer" Prof. J. Wrachtrup

Übungen 14 tägig nach Vereinbarung

Informationen werden gewöhnlich digital als 0 und 1 dargestellt und die Informationsverarbeitung geschieht gegenwärtig nach rein mathematischen Prinzipien. Es bleibt aber festzustellen: „Information is physical“ und das gilt auch für die Computer die diese verarbeiten. Insbesondere bestimmt die Quantenphysik prinzipielle Grenzen der Informationsverarbeitung und eröffnet vollkommen neue Möglichkeiten für dem Umgang mit Informationen. Im Rahmen der Vorlesung sollen die Grundlagen und Anwendungen der Quanteninformationsverarbeitung behandelt werden. Ausgehend von den quantenmechanischen Grundlagen der Informationsverarbeitung werden Quantenalgorithmen und physikalische Realisierungen von Quantencomputern und die Quanteninformationstheorie behandelt.

Inhalt

Hauptseminar: "Quantencomputer und -Kommunikation in Theorie und Experimenten"
P. Neumann, F. Reinhard, Prof. J. Wrachtrup

Scheinkriterien:

• Anwesenheit bei allen Vorträgen (max. zwei Fehltermine)
• Vorbesprechung spätestens vier Wochen vor Seminarvortrag
• Probevortrag spätestens eine Woche vor Vortrag
• Vortrag, 45-60min + Diskussion
• Schriftliche Ausarbeitung bis vier Wochen nach Vortrag, 10-20 Seiten
• “Vortragswichteln”: 5min-Zusammenfassung eines anderen Vortrags am Ende des Seminars

Themen:

• Quantenmechanische Messungen und Verschränkung
• Schwache Messungen und schwache Werte
• Verschränkungsmaße, Discord und Entanglement Witnesses
• Mögliche und unmögliche Maschinen, Klonverbot, superdense coding
• Das Einstein-Podolsky-Rosen Paradoxon, Bell'sche Ungleichungen und Quantenteleportation
• Quantenkryptographie und Quantenrepeater
• Quantencomputer: Theorie
• Clusterzustände und der Einwegquantencomputer
• Quantenfehlerkorrektur
• Realisierung des QC: Quanten-Cloud-Computing
• Realisierung des QC: Quantensimulation
• Realisierung des QC: topologischer QC
• Realisierung des QC: lineare Optik
• Realisierung des QC: kontinuierliche Variablen
• Realisierung des QC: Bosonisches Sampling
• Realisierung des QC: Quantum Annealing und der d-Wave Quantencomputer
• Realisierung des QC: Ionenfallen
• Realisierung des QC: Supraleitende Qubits

Vorlesung: "Fortgeschrittene Molekül- und Festkörperphysik"  Dr. R. Kolesov, Prof. J. Wrachtrup

Inhalt:

Molekülphysik:

• Makromoleküle
• Molekulare Festkörper; Exzitonen, Charge Transfer etc. Polymere; Peierls-Effekt
• Biopolymere; Proteine
• Molekulare Elektronik
• Untersuchungsmethoden: NMR

Festkörperphysik:

• Anisotropien in Phononen und Bandstruktur
• Plasmonen
• High Tc Supraleitung
• Graphen
• Oberflächenphysik
• Niedrigdimensionale Halbleiter

Literatur

Molekülphysik:

• Haken,Wolf “Molekül- und Quantenphysik”, Springer
• Demtröder “Molekülphysik”; Oldenbourg
• Engelke “Aufbau der Moleküle”, Teubner

Festkörperphysik:

• C. Kittel, “Einführung in die Festkörperphysik”, R. Oldenburg, München
• N. W. Ashcroft, N.D. Mermin, “Solid State Physics”, Holt, 1976

Vorlesung: "Experimentalphysik V (Molekül- und Festkörperphysik)" Prof. J. Wrachtrup, Dr. H. Fedder

Hauptseminar: "Quantenmechanik auf dem Weg zu Anwendungen" P. Neumann, F. Reinhard, Prof. J. Wrachtrup

Scheinkriterien:

• Anwesenheit bei allen Vorträgen (max. zwei Fehltermine)
• Vorbesprechung spätestens vier Wochen vor Seminarvortrag
• Probevortrag spätestens eine Woche vor Vortrag
• Vortrag, 45-60min.
• Schriftliche Ausarbeitung bis vier Wochen nach Vortrag

Liste der Themen

16.10. Nicht-destruktive Messungen
23.10. EPR-Paradoxon und Quantenteleportation
30.10. Quantenkryptographie und Quantenrepeater
06.11. Quantencomputer (I) – Theorie
13.11. Quantencomputer (II) – Quantensimulation
20.11. Quantencomputer (III) – topologische Quantencomputer
27.11. Quantencomputer (IV) – Experiment, Ionenfallen
04.12. Atomuhren
11.12. Der Frequenzkamm
08.01. Der Josephson-Effekt und seine Anwendungen
15.01. Gravitationswellendetektoren und gequetschtes Licht
22.01. Ultrakalte Atome als Gravimeter
29.01. Quantencomputer (V) – Experiment, lineare Optik

Vorlesung: "Physikalische Chemie V: Einführung in die Biophysikalische Chemie" Prof. Dr. Michael Börsch

Zusatzinformation
Fachaffine Schluesselqualifikationen umfassen 4 SWS. Studenten die sich fuer die biophysikalische Chemie (2 SWS) entscheiden, muessen zusaetzlich Chemistry of the Atmosphere hoeren (2 SWS).

Vorlesung: "Fortgeschrittene Molekül- und Festkörperphysik" Prof. J. Wrachtrup
Übungen: "Fortgeschrittene Molekül- und Festkörperphysik" Prof. J. Wrachtrup

Hauptseminar : "Quantenmetrologie und Quanteninformationsverarbeitung" Prof. J. Wrachtrup
Vorlesung: "Biophysikalische Chemie I" (M. Börsch)

Quantenoptik, Metrologie und Computing

Scheinkriterien:

• Anwesenheit bei allen Vorträgen
• Probevortrag eine Woche vorher
• Vortrag, 45-60min.
• Schriftliche Ausarbeitung bis zum Semesterende

Liste der Themen

• Das Meßproblem
• Nicht-destruktive Messungen
• Leggett-Garg Ungleichung und Quantenkontextualität
• Quantenrepeater
• Quantenmetrologie:
• Quantenmetrologie
• Atomuhren
• Nicht-klassisches Licht
• Die Schrödingergleichung des Photons
• Jaynes-Cummings Modell und Dicke Zustände
• Cavity QED mit kalten Atomen
• Circuit Cavity QED mit supraleitenden Qubits
• Quantenregister aus Ionen
• Quantenrechnen mit linearer Optik