Weekly outline

  • 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.

    Za pokušino: predavateljevo poljudno predavanje o kvantnih tehnologijah (kolokvij IJS in FMF, posnetek na Videolectures).

    Literatura:
    • 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

  • 17 February - 23 February

    Uvod
    • 24 February - 1 March

      Tema: nihanje in valovanje

      Dobimo se v petek, 1. 3., ob 9h v P03. Do takrat preberite v knjigi razdelke 1.1 do vključno 1.12 (oz. 1.1 do 1.6 v skripti iz leta 2014).

      Nekaj relevantnih zapisov v wikipediji:

      O odvajanju funkcij in Taylorjevem razvoju si lahko preberete v tem uvodu v matematična orodja v fiziki (razdelka 7 in 8).

    • 2 March - 8 March

      Tema: nihanje in valovanje; snov in sevanje

      Dobimo se v petek 8. 3. ob 9h v P03. Do takrat preberite knjigo do vključno razdelka 2.9 (oz. do vključno razdelka 2.4.4 v skripti).

      • 9 March - 15 March

        Tema: Snov in sevanje

        Naslednje srečanje bo v petek, 15. 3., ob 8h (in ne ob 9h!). Do takrat preberite drugo poglavje do konca.

        Domača naloga: 8 (a) (Michelsonov interferometer) in 9 (uklonska mreža).


        • 16 March - 22 March

          Tema: Kvantna mehanika

          Dobimo se v petek, 22. 3., ob 8h. Do takrat si preberite poglavje 3 do vključno razdelka 3.12 (Operatorji za spin), ter dodatno še 3.16 (Kubit).

          Ogeljte si še videoposnetek predavanja Alaina Aspecta z naslovom

          (Youtube) in sicer vsaj prvih 25 minut, če pa vas predavanje pritegne, pa kar še preostanek (razlaga enofotonskih virov po 25. minuti postane tehnično bolj zahtevna).

          • 23 March - 29 March

            Tema: Nanotehnologije, magnetizem, hranjenje podatkov

            Ta teden se dobimo dvakrat, vsakič ob 9h:

            1. V torek, 26. 3. ob 9h v PR10.
            2. V petek, 29. 3. ob 9h v P03.
            Zaradi poškodbe predavatelja bodo tokrat izjemoma običajna predavanja s prosojnicami. Predhodno branje ustreznih poglavij v knjigi ni potrebno.
            Lahko pa že preberete razdelke 3.13-3.15 in 3.17-3.20 (torej preostanek 3. poglavja, venda brez 3.21), o čemer se bomo sicer pogovarjali kakšen teden kasneje.

            • 30 March - 5 April

              Tema: Kvantna mehanika

              Ta teden se dobimo dvakrat, vsakič ob 9h:

              1. V torek, 2. 4. ob 9h v PR10.
              2. V petek, 5. 4. ob 9h v P03.
              Preberete razdelke 3.13-3.15 in 3.17-3.20 (torej preostanek 3. poglavja, venda brez 3.21) ter razdelke 5.1-5.4.

              • 6 April - 12 April

                Tema: Kvantno računanje

                Dobimo se v petek, 12. 4., ob 9h. Do takrat preberite poglavje 4 do vključno razdelka 4.11 (Holevov izrek).


                • 13 April - 19 April

                  Tema: Prepletenost in kvantni algoritmi

                  Dobimo se v torek, 16. 4. ob 9h, in v petek, 19. 4., prav tako ob 9h. Do takrat preberite razdelek 6.8 ter preostanek 4. poglavja (4.12-4.16).


                  • 20 April - 26 April

                    Tema: Kvantni računalniki

                    Dobimo se v petek, 26. 4., ob 9h. Na hitro lahko preletite poglavje 7.


                    • 27 April - 3 May

                      Ta teden ni predavanj.

                      • 4 May - 10 May

                        Tema: Kvantni delci

                        Dobimo se v petek, 10. 5., ob 9h. Do takrat preberite do konca poglavje o kvantnih delcih (razdelki 5.5-5.9), fakultativno pa še razdelke 6.1-6.5 (ča vas ta tematika zanima).

                        Prav tako neobvezno si lahko ogledate predavanje A. Zeilingerja o kvantni fizki. A. Zeilinger je znan kot pionir poizkusov s prepletenimi kvantnimi delci (teleportiranje, Bellov eksperiment, ipd.)


                        • 11 May - 17 May

                          Tema: Elektroni v snovi

                          Ta teden se dobimo dvakrat.

                          V torek, 14. 5., ob 9h. Dokončali bomo z zgledi pri poglavju o kvantnih delcih.

                          V petek, 17. 5., ob 9h. Obdelali bomo temo elektronov v snovi, zato do takrat preberite 9. poglavje v učbeniku.



                          • 18 May - 24 May

                            Tema: Kovine

                            Dobimo se v petek, 24. 5., ob 9h. Do takrat preberite razdelke 10.1-4 in 10.6-7 v učbeniku. 10.5 in 10.8 lahko mirno izpustite. 

                            Drudejev model:

                            in

                            V tem terminu so predvidene tudi predstavitve domačih nalog. (Dodatni termin bo ponedeljek, 3.6., ko velja petkov urnik.)


                            • 25 May - 31 May

                              Tema: Polprevodniki in izolatorji

                              Dobimo se dvakrat, v torek in petek. Do torka preberite približno polovico ustreznega poglavja, do petka pa še preostanek.


                              • 1 June - 7 June

                                Tema: Heterostrukture + termin za zagovor domačih nalog

                                Zadnje srečanje: ponedeljek ob 9h v P03.