227-0311-00L  Qubits, Electrons, Photons

SemesterHerbstsemester 2021
DozierendeT. Zambelli
Periodizitätjährlich wiederkehrende Veranstaltung
LehrspracheEnglisch



Lehrveranstaltungen

NummerTitelUmfangDozierende
227-0311-00 VQubits, Electrons, Photons3 Std.
Do08:15-10:00CHN F 42 »
Fr13:15-14:00ETZ E 9 »
T. Zambelli
227-0311-00 UQubits, Electrons, Photons2 Std.
Mi10:15-12:00HG D 3.2 »
T. Zambelli

Katalogdaten

KurzbeschreibungIn-depth analysis of the quantum mechanics origin of nuclear magnetic resonance (qubits, two-level systems), of LASER (quantization of the electromagnetic field, photons), and of electron transfer (from electrochemistry to photosynthesis).
LernzielBeside electronics nanodevices, D-ITET is pushing its research in the fields of NMR (MRI), electrochemistry, bioelectronics, nano-optics, and quantum information, which are all rationalized in terms of quantum mechanics.

Starting from the axioms of quantum mechanics, we will derive the fascinating theory describing spin and qubits, electron transitions and transfer, photons and LASER: quantum mechanics is different because it mocks our daily Euclidean intuition!

In this way, students will work out a robust quantum mechanics (theoretical!) basis which will help them in their advanced studies of the following masters: EEIT (batteries), Biomedical Engineering (NMR, bioelectronics), Quantum Engineering, Micro- and Nanosystems.
Inhalt• Lagrangian and Hamiltonian: Symmetries and Poisson Brackets
• Postulates of QM: Hilbert Spaces and Operators
• Heisenberg’s Matrix Mechanics: Hamiltonian and Time Evolution Operator
• Spin: Qubits, Bloch Equations, and NMR
• Entanglement
• Symmetries and Corresponding Operators
• Schrödinger's Wave Mechanics: Electrons in a Periodic Potential and Energy Bands
• Harmonic Oscillator: Creation and Annihilation Operators
• Identical Particles: Bosons and Fermions
• Quantization of the Electromagnetic Field: Photons, Absorption and Emission, LASER
• Electron Transfer: Marcus Theory via Born-Oppenheimer, Franck-Condon, Landau-Zener
SkriptNo lecture notes because the proposed textbooks together with the provided supplementary material are more than exhaustive!

!!!!! I am using OneNote. All lectures and exercises will be broadcast via ZOOM and correspondingly recorded (link in Moodle) !!!!!
Literatur• J.S. Townsend, "A Modern Approach to Quantum Mechanics", Second Edition, 2012, University Science Books

• M. Le Bellac, "Quantum Physics", 2011, Cambridge University Press

• (Lagrangian and Hamiltonian) L. Susskind, G. Hrabovsky, "Theoretical Minimum: What You Need to Know to Start Doing Physics", 2014, Hachette Book Group USA

Supplementary material will be uploaded in Moodle.

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+ (as rigorous and profound presentation of the mathematical framework) G. Dell'Antonio, "Lectures on the Mathematics of Quantum Mechanics I", 2015, Springer

+ (as account of those formidable years) G. Gamow, "Thirty Years that Shook Physics", 1985, Dover Publications Inc.
Voraussetzungen / BesonderesThe course has been intentionally conceived to be self-consistent with respect to QM for those master students not having encountered it in their track yet. Therefore, a presumably large overlapping has to be expected with a (welcome!) QM introduction course like the D-ITET "Physics II".

A solid base of Analysis I & II as well as of Linear Algebra is really helpful.

IMPORTANT: Wed 22.9, 29.9, and 22.12 are lectures (NOT exercises!). Please, look at the details in moodle!
KompetenzenKompetenzen
Fachspezifische KompetenzenKonzepte und Theoriengeprüft
Verfahren und Technologiengefördert
Methodenspezifische KompetenzenAnalytische Kompetenzengeprüft
Entscheidungsfindunggeprüft
Medien und digitale Technologiengefördert
Problemlösunggeprüft
Projektmanagementgeprüft
Soziale KompetenzenKommunikationgefördert
Kooperation und Teamarbeitgefördert
Kundenorientierunggefördert
Menschenführung und Verantwortunggefördert
Selbstdarstellung und soziale Einflussnahmegefördert
Sensibilität für Vielfalt geprüft
Verhandlunggefördert
Persönliche KompetenzenAnpassung und Flexibilitätgeprüft
Kreatives Denkengeprüft
Kritisches Denkengeprüft
Integrität und Arbeitsethikgeprüft
Selbstbewusstsein und Selbstreflexion geprüft
Selbststeuerung und Selbstmanagement geprüft

Leistungskontrolle

Information zur Leistungskontrolle (gültig bis die Lerneinheit neu gelesen wird)
Leistungskontrolle als Semesterkurs
ECTS Kreditpunkte6 KP
PrüfendeT. Zambelli
FormSessionsprüfung
PrüfungsspracheEnglisch
RepetitionDie Leistungskontrolle wird in jeder Session angeboten. Die Repetition ist ohne erneute Belegung der Lerneinheit möglich.
Prüfungsmodusschriftlich 180 Minuten
Hilfsmittel schriftlichnone (closed book)
Diese Angaben können noch zu Semesterbeginn aktualisiert werden; verbindlich sind die Angaben auf dem Prüfungsplan.

Lernmaterialien

Keine öffentlichen Lernmaterialien verfügbar.
Es werden nur die öffentlichen Lernmaterialien aufgeführt.

Gruppen

Keine Informationen zu Gruppen vorhanden.

Einschränkungen

Keine zusätzlichen Belegungseinschränkungen vorhanden.

Angeboten in

StudiengangBereichTyp
Biomedical Engineering MasterKernfächer der VertiefungWInformation
Biomedical Engineering MasterKernfächer der VertiefungWInformation
Biomedical Engineering MasterWahlfächer der VertiefungWInformation
Biomedical Engineering MasterWahlfächer der VertiefungWInformation
Elektrotechnik und Informationstechnologie Bachelor5. Semester: Kernfächer des 3. JahresWInformation
Energy Science and Technology MasterElectrical Power EngineeringWInformation
Mikro- und Nanosysteme MasterWählbare KernfächerWInformation
Quantum Engineering MasterWahlfächerWInformation