Kursen bygger på masters-nivå-kursen DD2366 med samma namn och samma kursbok (Breuer & Petruccione, BP). Kursen på masters-nivå täcker de grundläggande avsnitten / kapitlen i BP, medan kursen på forskarutbildningsnivå täcker de mer avancerade avsnitten / kapitlen. Relativistiska aspekter, dvs i första hand den viktiga tillämpningen växelverkan med kvantifierade elektomagnetiska fält, innefattas endast i forskarutbildningskursen. Kursen omfattar 12 föredrag.
FDD3026 Öppna kvantsystem 7,5 hp
Studenterna kommer att lära sig teoretiska och numeriska metoder för att beskriva kvantmekaniska system växelverkande med omgivningar, för att kunna förstå, utvärdera och designa kvantinformationssystem och komponenter. Studenterna kommer att förstå och kunna använda de specifika egenskaper som gäller för relativistiska omgivningar, i första hand kvantifierad elekromagnetisk strålning i Gaussiska tillstånd (vakuum, fotonvärmebad, ”squeezed light”).
Information för forskarstuderande om när kursen ges
Kursen kan om intresse även ges med start HT2022
Välj termin och kursomgång
Välj termin och kursomgång för att se aktuell information och mer om kursen, såsom kursplan, studieperiod och anmälningsinformation.
Kursval
Gäller för kursomgång
HT 2023 Start 2023-10-30 programstuderande
Anmälningskod
50694
Rubriker med innehåll från kursplan FDD3026 (HT 2023–) är markerade med en asterisk ( )
Innehåll och lärandemål
Kursupplägg
Kursinnehåll
Kapitel i Breuer & Petruccione hänvisas till som BP1, BP2, etc.
Föreläsning 1: Repetition av Feynman-Vernon-teori och härledning av Feynman-Vernons influensfunktional inklusive kärnorna [extra material]
Föreläsning 2: Utveckling av ett öppet kvantsystem som partiella differentialekvationer och som integro-differentialekvationer. Stokastiska simuleringsmetoder (kvant-Monte Carlo). Kvantsprångsmetiden. Stokastiska Schrödingerekvationen. BP7.
Föreläsning 3. Hierarkiska ekvationsmetoden ("hierarchical equations of motion", HEOM) [extra material]
Föreläsning 4. Tillämpningar till kvantoptik I. Kontinuerliga mätningar i kvantelektrodynamik. Den mikroskopiska Hamiltonoperatorn. Icke-fullständiga mätningar. BP8.
Föreläsning 5. Tillämpningar till kvantoptik II. Mörka tillstånd (dark states). En atom som växelverkar med ett kvantelektrodynamiskt fält som en omgivning. BP8.
Föreläsning 6. Tillämpningar till kvantoptik III. Starka fält och Floquetbilden. BP8.
Föreläsning 7. Relativistik kvantfältteori på formell nivå. Schwinger-Tomonagaekvationen. Tillstånd som funktionaler på rumslika hyperytor. Folieringar av rumstiden. Mätning av lokala observabler. Relativistisk tillståndskollaps. BP11.
Föreläsning 8. EPR-korrelationer. Icke-lokala mätningar och kasualitet. Snärjda (entangled) kvantmätinstrument. Kvanttillståndsverifikation. Kvant-ickeförstörande (quantum non-demolition) verifiering av icke-lokala tillstånd. BP11.
Föreläsning 9. Kvantteleportering. Teleportering och mätning av Bell-tillstånd. Experimentella aspekter och implementeringar. BP11 och extra material.
Föreläsning 10. Täthetsmatris i kvantelektrodynamik. Fältekvationer och korrelationsfunktioner. Influensfunktionalen (Feynman-Vernon-funktionalen). BP12.
Föreläsning 11. Vakuum-till-vakuum-amplituder. Dekoherens genom avgivning av bromsstrålning (Brehmstralung). Dekoherensfunktionalen. Utveckling av dekoherensfunktionalen för en kvantmekanisk testpartikel som växelverkar med ett kvantiserat elektromagnetiskt fält. BP12.
Föreläsning 12. Dekoherens av mångpartikeltilsstånd. Begränsningar på kvantinformationsbehandling från växelverkan med fotoner. BP12.
Lärandemål
Se engelska texten.
Kurslitteratur och förberedelser
Särskild behörighet
Ingen särskild behörighet.
Rekommenderade förkunskaper
Mastersnivå i fysik eller matematik eller elektoteknik. Om från KTH, MSc i teknisk fysik, elektrotenik, eller motsvarande. Studenter från datalogi kan följa kursen om de har motsvarande förkunskaper i matematik.
Utrustning
Ingen särskild förutom föreläsningssal
Kurslitteratur
The Theory of Open Quantum Systems
Heinz-Peter Breuer och Francesco Petruccione
Oxford University 2007
DOI:10.1093/acprof:oso/9780199213900.001.0001
Examination och slutförande
När kurs inte längre ges har student möjlighet att examineras under ytterligare två läsår.
Betygsskala
P, F
Examination
- EXA1 - Examination, 7,5 hp, betygsskala: P, F
Examinator beslutar, baserat på rekommendation från KTH:s handläggare av stöd till studenter med funktionsnedsättning, om eventuell anpassad examination för studenter med dokumenterad, varaktig funktionsnedsättning.
Examinator får medge annan examinationsform vid omexamination av enstaka studenter.
Examination består av tre delar: (1) en skriftlig exam täckande samma material som kursen på masternivå (föreläsning 1-6); (2) tre korrekt utförda hemuppgifter på det material som endast ligger i forskarutbildningskursen; (3) en muntlig exam.
Övriga krav för slutbetyg
Godkänd skriftlig exam, godkända hemuppgifter, godkänd muntlig tentamen.
Möjlighet till komplettering
Ingen information tillagd
Möjlighet till plussning
Ingen information tillagd
Examinator
Etiskt förhållningssätt
- Vid grupparbete har alla i gruppen ansvar för gruppens arbete.
- Vid examination ska varje student ärligt redovisa hjälp som erhållits och källor som använts.
- Vid muntlig examination ska varje student kunna redogöra för hela uppgiften och hela lösningen.
Ytterligare information
Kursrum i Canvas
Registrerade studenter hittar information för genomförande av kursen i kursrummet i Canvas. En länk till kursrummet finns under fliken Studier i Personliga menyn vid kursstart.
Ges av
Huvudområde
Denna kurs tillhör inget huvudområde.
Utbildningsnivå
Forskarnivå
Påbyggnad
Ingen information tillagd
Kontaktperson
Erik Aurell
Övrig information
Ingen