מהפיכת הקוונטים, מרעיונות ומושגים בסיסיים
מהפיכת הקוונטים, מרעיונות ומושגים בסיסיים
ועד המחשב הקוונטי
The quantum revolution, from first
principles to the quantum computer
ד"ר בעז תמיר | מדע טכנולוגיה וחברה
מס הקורס | 278110-01
סוג הקורס: סמינריון
היקף נ"ז: 2
שנת לימודים: תשפ"ה
סמסטר: א
יום ושעה ראשון 14:00 -16:00
שעת קבלה: 16:00-17:00
מייל מרצה: canjlm@actcom.co.il
תקציר הקורס
מטרת הקורס היא להציג בפני הסטודנט את המהפכה המדעית החשובה ביותר בפיזיקה של המאה
העשרים, תורת הקוונטים. הקורס מציג את תורת הקוונטים על רקע המכאניזם הניוטוניאני של סוף
המאה התשע עשרה במטרה להבהיר את השינוי שעוררה תורה זו בהבנת הטבע, בתפיסת מושג
ההסבר המדעי, בתפיסת תפקידו של המדע כתורה המתארת את הטבע, ובתפיסת המתודה המדעית
המתאימה. הקורס מציג את השאלות הפילוסופיות הקשות העולות מהתורה בנוגע לטיבו של הטבע, לצד
ההצלחות האדירות של התורה בניבוי מדויק. הקורס מציג גם את אחת מפריצות הדרך הטכנולוגיות של
השנים האחרונות, המחשב הקוונטי.
מטרות/תוצרי הלמידה
ידע
1. הלומדים יכירו ויתארו את הרקע הכללי, המדעי והפילוסופי של סוף המאה התשע עשרה, את
ההישגים המדעים והטכנולוגיים של מהפיכת הקוונטים
2. הלומדים יגדירו את השינוי שחל בתפיסות העולם הפילוסופיות והמדעיות כתוצאה ממהפכת
הקוונטים, בכל הנוגע למהותו של ההסבר המדעי.
3. הלומדים ינתחו את השינוי בהגדרה של מהו מדע ומה תפקידו כתוצאה ממהפכת היחסות
והקוונטים
מיומנויות
1. הלומדים יכירו את השפה המדעית החדשה של הפיזיקה הקוונטית לעומת השפה המדעית
הקלסית
2. הלומדים יכירו את הבסיס העומד ביסוד טכנולוגיות קוונטיות חדשות
ערכים
הלומדים יגבשו לעצמם עמדה בדבר תפקידה העיקרי של תאוריה מדעית והדינמיקה של הגדרה
כזו כפונקציה של הישגים מדעיים
|
מס' השיעור |
למידה פעילה |
נושא השיעור |
קריאה/ נדרשת מתוך הרפרנס |
|
1 |
שיעור פרונטלי |
מבוא: העקרונות אותן תוקפת הפיזיקה הקוונטית, רקע פילוסופי חברתי: לייבניץ, קירקגור, הופדינג, |
1-4 |
|
2 |
שיעור פרונטלי |
ניסוי שני החריצים, סופרפוזיציה, האם ניתן להסביר? דואליות חלקיק גל, שפה מדעית חדשה |
4, 5 |
|
3 |
שיעור פרונטלי |
מדידה קוונטית וקריסה, בעיית המדידה, הסתברות כעקרון אינהרנטי ולא תיאורי, ההתנגדות של איינשטיין |
6 |
|
4 |
שיעור פרונטלי |
אי וודאות של הייזנברג, משתנים צמודים קונטקסטואלית, מגבלות הדיוק של המדידה, איבוד האובייקטיביות המדעית |
7,9 |
|
5 |
שיעור פרונטלי |
חלקיקים שזורים, ניסוי EPR, הויכוח בין איינשטיין לבוהר, האם עיקרון אי הוודאות הוא אונטולוגי או אפיסטמולוגי |
11,12 |
|
6 |
שיעור פרונטלי |
זוגות שזורים כמאגר, הצפנה קוונטית מול הצפנה קלאסית |
13 |
|
7 |
שיעור פרונטלי |
מינהור קוונטי, המיקרוסקופ הקוונטי, עיבוי בוז איינשטיין, בוזונים ופרמיונים |
7, 18 |
|
8 |
שיעור פרונטלי |
יופי ושלמות כקריטריון לאמת מדעית, ניבוי כקריטריון לאמת מדעית, שינוי בתפיסת תפקידיו של המדע, שינוי בתפיסת ההסבר המדעי |
15 |
|
9 |
שיעור פרונטלי |
מושג המהפכה המדעית של תומס קון, יישום במקרה הקוונטי |
16 |
|
10 |
שיעור פרונטלי |
פרשנויות שונות של הפיזיקה הקוונטית, עולמות מרובים, משתנים חבויים |
8,9,12 |
|
11 |
שיעור פרונטלי |
טכנולוגיות קוונטיות, דוגמה NMR, ספין של חלקיק, כדור בלוך, אינטראקציית ספין-ספין |
17 |
|
12 |
שיעור פרונטלי |
המחשב הקוונטי, מבוא, לשם מה צריך מחשב קוונטי, תכונות כלליות, הגדרה פיזיקלית של מחשב |
13 |
|
13 |
שיעור פרונטלי |
מעגלים קוונטיים ואלגוריתמים קוונטיים יתרונות מול מחשב הקלאסי |
13 |
|
14 |
שיעור פרונטלי |
סיכום: הקוונטים כמהפכה מדעית, טכנולוגית, ופילוסופית |
4,14 |
*ייתכנו שינויים בסילבוס בהתאם לקצב ההתקדמות ואפקטיביות הלמידה
ציון סופי
|
תיאור התוצר |
משקל בציון הסופי |
|
עבודה מסכמת |
% 100 מהציון הסופי |
- מטלות – עבודה מסכמת
- נוכחות - 80-85% נוכחות.
אין דרישות קדם
ביבליוגרפיה:
1. א. וינרוב, רציונליזם ואמפיריציזם, מגמות פילוסופיות המאה השבע עשרה והשמונה עשרה, יום, לייבניץ, האוניברסיטה הפתוחה, 1991, לייבניץ עמ, 107-215
2. פ.רורליך, מפרדוקס למציאות, הרעיונות המרכזיים של הפיזיקה החדשה, מאגנס, תשנ"ה, חלק
שלישי, עולם הקוונטים: עמ' 125-189
3. ל.ס.פויר, אינשטיין ובני דורו, עם עובד 1974, חלק שני, מקורות חברתיים, מקורות בני דורם, ומקורות פילוסופיים של תורת הקוונטים, עמ' 101-224
4. ב. תמיר, פיזיקה קוונטית-מבוא, הוצאת רסלינג 2019
5. R.Feynman, R.Leighton, M.Sands, The Feynman Lectures on Physics, Vol 3, Addison-Wesley 1964, Chapter 1: Quantum Behaviour.
6. D.Albert, Quantum Mechanics and Experience, Harvard Uni.Press, 1992, Chapter 1, Superposition, p. 1-17, Chapter 4, The Measurement Problem, p73-80, Chapter 5, The Collapse of the Wave function, p.80-117
7. R.Penrose, The Emperor's New Mind, Oxford Univ. Press, 1989, Chapter 6, Quantum Magic and Quantum Mystery, p.291-306
8. L.de-Broglie, Matter and Light, The new Physics, Unwin Brothers, 1939, Chapter 5: Philosophical Studies on Quantum Physics, p. 217-275
9. W. Heisenberg, The Physical Principles of Quantum Theory, University of Chicago Press, 1930, Chapter 2: Critique of the Physical Concepts of the Corposcular theory, p.13-47, Chapter 3: Critique of the Physical Concepts of the Wave theory, p. 47-55.
10. L.de-Broglie, The Revolution in Physics, a Non Mathematical Survey of Quanta, Noonday Press, 1956, Chapter 9; Heisenberg's Quantum Mechanics, p.187-199
11. A. Einstein, B. Podolsky, N. Rosen, Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality be Considered Complete? Physical Review 47 (10): 777–780, 1935
12. J.S.Bell, Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics. Cambridge University Press, 1987, Chapters 1-4, p.1-40
13. M.A.Nielsen, I.L.Chuang, Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge Univ. Press 2000, Part 1: Fundamental Concepts: Introduction and Overview, p1-59.
14. D.Deutsch, The Fabric of Reality, Penguin Books, 1998, Chapter 1: The Theory of Everything, p. 1-32
15. S.Weinberg, Dreams of a final theory, Knopf Doubleday Publishing Group, 1994
16. T.Kuhn, The structure of scientific revolution, University of Chicago Press, 1996
17. C.P.Slichter, Principles of magnetic resonance, 1990
18. R.Feynman, R.Leighton, M.Sands, The Feynman Lectures on Physics, Vol 3, Addison-Wesley 1964, Chapter 4: Identical Particles
