Et interface til fjernstyring af et eksperiment med ultrakolde atomer
Eksperimenter med ultrakolde atomer har haft ekstrem succes i de sidste år og blandt andet resulteret i flere Nobelpriser og vigtige skridt med realiseringen af en kvantecomputer. Prisen har dog været at de moderne eksperimenter er blevet ekstremt komplekse at styre fordi de kræver adskillige kølings og manipulationsskridt og i hver skal mange laseren og elektriske signaler styres uafhængigt. I dette projekt vil vi gerne opbygge et simpelt modul-baseret programmeringssprog til nemt og fleksibelt at kunne styre eksperimentet uden at kræve detaljekendskab til de enkelte elektriske signaler. Drømmen er at andre fysikkere eller sågar almindelige mennesker i den nærmeste fremtid vil kunne programmere vores eksperiment hjemmefra. Derved håber vi at kunne generere langt mere banebrydende ideer og eksperimenter end vi som enkelte fysikere vil kunne finde på. Projektet vil involvere en indføring i hvordan eksperimentet styres, hvorefter vi sammen prøver at udvikle et simpelt kontrolinterface.
Vejleder: Jacob Sherson
Spilbaseret undervisning i gymnasiet
I forbindelse med arbejde på at udvikle forskningsspillet the quantum computer game, der tillader brugere på internettet at bidrage til løsningen af konkrete forskningsudfordringer på vejen mod at kunne udvikle en funktionel kvantecomputer har vi udviklet diverse interaktive simuleringer til at simulere fænomener fra både klassisk og kvantefysik. Vi arbejder på at sammensætte en pakke der kan implementeres i gymnasieundervisningen ved at illustrere at der ikke er mange skridt fra deres pensum i fx Newtons ligninger til fysikken i moderne kvantecomputerforskning. Tidlige forsøg viser at både spilelementet og den nære forbindelse til forskningen og forskerne virker meget motiverende for at lære pensum. I dette projekt ville du sammen med vores udviklere og didaktikere skulle videreudvikle konceptet for at optimere elevernes faglige udbytte endnu mere, og derefter evt være med til at kvantificere udbyttet i form af præ- post tests af deres viden.
Vejleder: Jacob Sherson
Fuldstændig kontrol af kvantesystemer: the quantum speed limit
For at virkeliggøre kvanteteknologier såsom kvantecomputere, atomure og kvantesimulatorer skal man styre kvantesystemer af både et og mange atomer hurtigt og præcist fra en given starttilstand til en ønsket sluttilstand så hurtigt som muligt. For nyligt har man fundet ud af at en variant af Heisenbergs usikkerheds relation lægger fundamentelle fart grænser på den transformation: the quantum speed limit (QSL). Desværre findes der til dato ingen generel måde at beregne QSL for en tidsafhængig Hamilton. I projektet vil du gennem analytisk og/eller numerisk arbejde forsøge at finde QSL for konkrete problemer af enten et eller flere atomer og udvikle bedre forståelse for fænomenet generelt.
Vejleder: Jacob Sherson og Jens Jakob Sørensen
Kontinuerte målinger: skræddersyede kvantematerialer
At målinger dramatisk ændre et kvantemekanisk system er velkendt fra fx dobblespalte eksperimentet. Men alligevel beskæftiger de fleste kurser i kvantemekanik sig primært med tidsudvikling i form af Schrödinger’s ligning som ikke inkluderer målinger. Men dette er ikke tilstrækkeligt når et system kontinuerligt observeres. Her kræves en udvidelse af den normale formalisme for tidsudvikling således at målings effekt også inkluderes, hvilket skaber en helt ny form for dynamik. Drømmen er, at man ved at observere et systems dynamik – såsom tunnelering i en dobbeltbrønd eller 100 atomers kvantefaseovergang til en superleder – vil kunne ændre dynamikken. Man kunne så håbe på at vi kan skræddersy helt nye kvantematerialer med nyttige egenskaber. Projektet vil omhandle analytisk og/eller numerisk simulering af kvantesystemer med 1-100 atomer udsat for kontinuerte målinger.
Vejleder: Jacob Sherson og Jens Jakob Sørensen