General
Cilj predmeta Računalniške tehnologije je seznaniti študente z osnovnimi načeli moderne fizike, ki omogočajo razumeti delovanje tako današnjih računalnikov kot tudi prihajajočih računalniških in kvantnih tehnologij. Podrobneje se obravnava osnove kvantne mehanike, zgradbo snovi, ter električne, optične in magnetne lastnosti tehnološko pomembnih materialov. Osnovne ideje so ilustrirane s primeri, ki so relevantni v računalništvu.
Obravnava je zadosti podrobna, da študenti usvojijo zadosti znanja za razumevanje najbolj pomembnih kvantnih algoritmov, kot so kvantna teleportacija, supergosto kodiranje, Groverjev algoritem za iskanje po neurejenih seznamih ter Shorov algoritem za faktorizacijo števil. Kvantna mehanika je odpredavana z vidika teorije informacij, s primeri v diskretnih prostrih (sistemi kubitov). Obravnavamo tudi gibanje elektronov v snovi, na podlagi tega pa prevodniške lastnosti različnih materialov (kovine, polprevodniki, topološki izolatorji) in nanotehnoloških naprav (enoelektronski tranzistor iz kvatnih pik, kvantne žice, spinski ventil). Nekaj povemo tudi o optičnih napravah, kot so laserji in fotodiode.
Za zabavo obdelamo še nekaj zanimivih tem, ki kažejo, kako zelo nenavaden in neintuitiven je mikroskopski svet: kršitev lokalnega realizma (ni skritih spremenljivk, ki bi vnaprej določile izid meritve), "preizkuševalec bomb" (kako ugotoviti, ali bomba s kvantnim prožilcem deluje, ne da bi jo aktivirali, kar je v klasični mehaniki povsem nemogoče) in "kvantna radirka z zakasnjeno izbiro" (šele meritev odloči, ali se kvantni objekt obnaša kot delec ali kot valovanje).
Predava izr. prof. dr. Rok Žitko z Instituta Jožef Stefan, rok.zitko@ijs.si, domača stran. Telefon: (01) 4773571. Vaje vodi Pavel Kos s Fakulteta za matematiko in fiziko, pavel.kos@fmf.uni-lj.si, domača stran.
Termini v letu 2020: predavanja bodo ob torkih od 12h do 15h v P02, vaje pa ob sredah od 12h do 14h v PR08. Letos se torej predmet izvaja v običajni obliki s predavanji in vajami.
Iz snovi iz vaj bo potekal pisni izpit, za katerega je mogoče pridobiti del bonus točk z oddajo domačih nalog. Na izpitu imate lahko en A4 list z enačbami in zapiski.
Za pokušino: predavateljevo poljudno predavanje o kvantnih tehnologijah (kolokvij IJS in FMF, posnetek na Videolectures).
- Rok Žitko: Kvantne in računalniške tehnologije, DMFA, Ljubljana (2017)
- Radko Osredkar: Fizika snovi in mikroelektronske tehnologije. Založba FRI (2006)
- Janez Strnad: Fizika. Štiri knjige, DMFA. Relevantna so nekatera izbrana poglavja.
- Nielsen, Chuang: Quantum computation and quantum information. Cambridge University Press (2000). Prvi dve poglavji.
- James Gleick: The Information: A History, a Theory, A Flood (2011). Poljudnoznanstvena knjiga o pojmu informacije.
Vsebina:
- Nihanje in valovanje
- Snov in sevanje
- Kvantna mehanika
- Kvantno računanje in komuniciranje
- Kvantni delci
- Kvantna nedoločenost
- Kvantni računalniki
- Elektronska mikroskopija
- Elektroni v snovi
- Kovine
- Polprevodniki in izolatorji
- Polprevodniške naprave
- Heterostrukture
- Nanotehnologija
- Magnetizem
- Hranjenje podatkov
Predvidena izpitna vprašanja za ustne izpite. Na ustnem izpitu se odgovarja na pet naključno izžrebanih vprašanj s tega seznama.
Tekst nalog, ki jih delamo na vajah
Za izmenjavo uporabnih študijskih virov, vprašanja, ipd. Dovoljene so krajše priponke.