mikroskopii krioelektronow Jacek Szczytko homepage

Jak TO działa? Urządzenia kwantowe. 1100-3JTD, OGUN: 1100-JTD-OG (3 ECTS)

Daniel Mróz

W semestrze zimowym 2017/18 serdecznie zapraszam na wykład z doświadczeniami pt. "Jak TO działa? Urządzenia kwantowe" - wykład będzie we czwartki o 17:15 w sali 0.03a (parter, ul. Pasteura 5). Pierwszy wykład już 5 października!

[DOPISEK: podobno w USOS nie ma wolnych miejsc, ale można się będzie zapisac na pierwszym wykładzie.]

Wykład zdobył wyróżnienie Dziekana Wydziału Fizyki w 2014 r! Wyróżnienie zdobywają wykłady najlepiej ocenione w studenckich ankietach. Przy okazji dziękuję studentom za dobre ankiety :)

Atutem Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego jest nie tylko wysokiej klasy kadra naukowa, ale także unikatowe możliwości demonstrowania różnego rodzaju zjawisk fizycznych. Kontakt studentów z prawdziwym eksperymentem przeprowadzanym na ich oczach w czasie wykładu pozwala zrozumieć sens praw fizyki zapisanych w języku matematyki, wyrabia intuicję, ćwiczy zdrowy rozsądek i zapada w pamięć. Chciałbym zaproponować wykład będący uzupełnieniem wykładów z Mechaniki kwantowej, Elektrodynamiki, Fizyki materii skondensowanej itp. o pokazy doświadczalne. Studenci II i III roku Wydziału Fizyki wszystkich kierunków i specjalności mogliby na własne oczy zobaczyć zjawiska kwantowe będące podstawą nowoczesnych technologii. Jest to o tyle ważne, że otacza nas coraz więcej urządzeń działających dzięki zastosowaniu mechaniki kwantowej (diody półprzewodnikowe, twarde dyski, pamięci półprzewodnikowe, ekrany OLED, ogniwa i baterie, detektory promieniowania UV-VIS-IR-GHz itp.), w wielu dziedzinach techniki jesteśmy blisko osiągnięcia limitu kwantowego miniaturyzacji (tranzystory w procesorach, rozmiar bitów na dysku twardym), wraz z rozwojem nanotechnologii pojawiły się np. nowe strategie w diagnostyce i terapii medycznej (nanocząstki służące do obrazowania i niszczenia zmian nowotworowych, pokrycia silver-nano itp.). Studenci Wydziału Fizyki, wkraczający po studiach w dorosłe i samodzielne życie nie raz będą musieli odpowiadać na pytanie "jak to działa?". Zadaniem proponowanego wykładu jest pokazanie w jaki sposób można wykorzystać zjawiska kwantowe do budowy nowych urządzeń oraz jak wytłumaczyć zasady działania.

W obronie rozumu: Jeżeli jakaś teoria filozoficzna nie daje się przetłumaczyć na góralski, to jest to teoria fałszywa. Józef Tischner

    ZALICZENIE: Jedna z trzech form:
  1. esej na temat PRZYSZŁOŚCI TUTAJ JEST SZABLON (w doc) najpóźniej do 10 stycznia 2018 r.
  2. film pokazujący doświadczenie i jego POPULARNE wyjaśnienie na gruncie mechaniki kwantowej
  3. końcowy TEST z wiedzy przekazanej w czasie wykładów

Ilustracja: Daniel Mróz do książki Stanisława Lema "Cyberiada"

streszczenie

[w nawiasach przykładowe pokazy lub czas na dyskusję]
  1. Disruptive technologies, czyli o postępie technologicznym [BEZ HASŁA] [dyskusja ze studentami na temat rozwoju techniki]
  2. Jak działa komputer? Logika bramek logicznych [pokaz działania klasycznych bramek logicznych AND i OR, sumator na przekaźnikach elektromagnetycznych; budowa żywego sumatora]
  3. Mechanika kwantowa w doświadczeniach [efekty falowe: dyfrakcja i interferencja światła; elektron jako punkt materialny (lampa elektronowa); ciało doskonale czarne; kamera termowizyjna; efekt fotoelektryczny; linie widmowe atomów; dyfrakcja elektronów (na graficie); nadprzewodnik]
  4. Co to są półprzewodniki? [przepływ prądu: metal; jony w cieczy; podgrzewane szkło; termistor + ciekły azot; przerwa energetyczna w świetle przechodzącym przez próbkę; diody]
  5. Do czego służą studnie, druty, kropki kwantowe? [lasery półprzewodnikowe; "sztuczny" gekon; luminescencja kropek kwantowych (jak się uda)]
  6. Co to jest nanotechnologia? [roztwory kolorowych nanocząstek; zasada nieoznaczoności Heisenberga; pokrycie hydrofobowe (efekt lotosu); podłoże krzemowe (tzw. wafer) z tranzystorami]
  7. Dlaczego dioda świeci:jak zamienić ładunek elektryczny na foton? [kolorowe diody; mieszanie barw RGB i CMYK; jak uzyskać białe światło; kamery cyfrowe VIS-IR]
  8. Fotowoltaika: jak zamienić fotony na prąd? [zjawisko fotoelektryczne; fotokomórki; diody]
  9. Co to jest spin? [pokaz własności magnetycznych materii; indukcja Faradaya (+ nadprzewodnik); eksperyment Einsteina de Haasa; zapis magnetyczny]
  10. Co to jest splątanie kwantowe [stany splątane; nierówność Bella (klasycznie); detekcja polaryzacji (kryształy dwójłomne, np. kalcyt)]
  11. Czy można się teleportować? [detekcja polaryzacji (kryształy dwójłomne, np. kalcyt)]
  12. Obliczenia kwantowe [płytki światłodzielące; bramka SQRT(NOT) (interferometr Macha-Zendera); "pomiar bez oddziaływania" na interferometrze;]
  13. Czy można złamać szyfr kwantowy? [protokół kryptografii kwantowej]
  14. Co to jest grafen: ile kosztuje "czarne złoto"? [nanorurki i fullereny; badanie powierzchni grafitu/grafenu mikroskopem tunelowym STM (widać pojedyncze atomy!)]
  15. Czy komputer może myśleć tylko gdy jest nieobliczalny? [dyskusja ze studentami]
  16. O uczciwości w nauce: nauka a pseudo-nauka. [pokazy różnych "cudownych" opasek, "moderatorów pola geopatycznego" itp. Dyskusja ze studentami]
  17. Prof. Piotr Durka wykład "Elektryczny ślad myśli i interfejsy mózg-komputer"

zasady zaliczenia

OBECNOŚĆ: - w zasadzie obowiązkowa (trzeba być co najmniej na 10 z 15 wykładów). Na początku każdego wykładu prosty test, więc żeby być dopuszczonym do zaliczenia wykładu należy zdobyć co najmniej 10p z 15 możliwych.

tematy esejów i sprawozdań

Proszę je traktować przykładowo:
  • zegarek, komputer, komórka, TV, Hi-Fi, samochód, dom za 10-20-30 lat (Wybierając ten temat proszę przeczytać co Państwa koleżanki i koledzy napisali w poprzednich latach! I napisać coś innego, ma się rozumieć.)
  • co by było fajnie mieć (wehikuł czasu? tanie źródło energii? antygrawitację? działko na komary? ...)
  • co by warto zmniejszyć (powiększyć) i dlaczego?
  • interface człowiek-maszyna za kilkanaście lat.
  • pilot do TV przyszłości
  • rozrywka w następnych dekadach
  • problemy świadomych maszyn i ich relacje z ludźmi
  • kuchnia przyszłości (tylko błagam, bez lodówek zamawiających towary prosto ze sklepu!)
  • usługi sieciowe
  • wyzwania technologii krzemowej (litografii, processingu, testow itp)
  • synergie (czyli łączenie produktow/modeli): procesor+pamięć+video+..., komorka+komputer+tablet+... drukarka+kopiarka+fax+..., TV+DVD+konsola+...
  • nośniki danych
  • łączność i lokalizacja
  • id karty - uniwersalny dowód osobisty/prawo jazdy/karta płatnicza/i co jeszcze?
  • zagrożenia prywatności
  • zagrożenia: piractwo kontra copyright ( "piractwo" = np. wymiana plików, łamanie simlocków; "copyright" = np. patentowanie algorytmów, genów itp.)
  • nowe usługi i modele biznesowe
  • co można zmieścić w zegarku?
  • telefon komórkowy przyszłości - czy to nadal będzie telefon?
  • disruptive technologies dzisiaj
Najlepsze eseje i sprawozdania studenci będą mogli zaprezentować na ostatnim wykładzie! Eseje będą także dostępne na stronach WWW wykładu. Jeśli ktos nie życzy sobie, żeby jego praca została opublikowana w Internecie, to proszę to wyraźnie zaznaczyć! Termin esejów i sprawozdań uływa 14 stycznia 2016.

test końcowy

Czwartek, 02.02.2017 r. godz 15:00 (PUNKT!) sala 003 (obok 003a).

prace zaliczeniowe

Prace zaliczeniowe studentów 2016-17
Prace zaliczeniowe studentów 2015-16
Prace zaliczeniowe studentów 2014-15
Prace zaliczeniowe studentów 2013-14
Prace zaliczeniowe studentów 2012.
Prace zaliczeniowe studentów 2011.
Prace zaliczeniowe studentów 2010.
Prace zaliczeniowe studentów 2008/2009.
Prace zaliczeniowe studentów 2007/2008.
Prace zaliczeniowe studentów 2006/2007.
Prace zaliczeniowe studentów 2005/2006.