Course: Quantum2 - Year 2023

  • General

    The course Quantum Theory II, code [203-1-3241], is a self contained presentations of Quantum Mechanics, starting from its basic postulates. The theory is demonstrates for 0D, 1D, 2D and 3D systems on equal footing. The classical limit is derived. Mathematical background and misc techniques are provided. Topics: Hilbert space; The probability matrix; Unitary operations (Displacements, Rotations, Gauge); Unitary representations of rotations and the spin concept; Actual procedure for building rotation matrices; Addition of angular momentum; Perturbation theory; Wigner decay; Fermi golden rule; The adiabatic picture; Discrete systems (including quantum computation); Particle in a few site system; Particle in 1D ring and AB effect; Particle in a uniform magnetic field (Landau, Hall); Spherically symmetric potential; Spin in magnetic field; The spin-orbit interaction. 

    Lecturer:  Doron Cohen
    Assistant: Shani Avitan

    פרטי הקורס בקובץ הקורסים האוניברסיטאי

  • Instructions: Clicking on the section name will show / hide the section.

  • תכנית קורס, מקורות, תקצירי הרצאה, מאגר תרגילים, הקלטות של שנים קודמות:
    https://physics.bgu.ac.il/~dcohen/courses/QuantumMech

    בפרט, תכנית הקורס על פי שבועות - 
    https://physics.bgu.ac.il/~dcohen/courses/QuantumMech/CoursePlanQM2.html

    הטבלה מפרטת על בסיס שבועי מה הם הפרקים עליהם נעבור בתקצירי ההרצאה, מה הם תרגילי הכיתה, ומה הם התרגילים לבית (חובת הגשה). הטבלה גם כוללת עמודה של "תרגילים נוספים" שהסטודנטים מתבקשים להכיר. המבחן יהיה מבוסס בחלקו על השאלות שמופיעות בטבלה.

    מאגר השאלות כולל פתרונות שהוגשו על ידי סטודנטים ושנחשבים סבירים לדעת סגל ההוראה. במקרים מסוימים בוצעו תיקונים או נוספו הערות על ידי המרצה או המתרגל. אם נותרו שגיאות הן לא מהותיות וניתן בקלות לאתרן. מאידך פתרונות רבים נותרו מסורבלים ללא הצדקה. פתרון אופטימלי אמור להיות די קצר. המרצה הוא עצלן ואינו אוהב לחבר בעיות שדורשות פתרון ארוך או עבודה שחורה. שאלות מבחן (מועד הופעה בצבע אדום) מבוססות על ההנחה שבעת הפתרון הסטודנט יכול להעזר בנוסחאות שמרוכזות בתקצירי ההרצאה (ללא צורך בחיפוש מקורות נוספים). לעיתים ניתן למצוא במאגר גם את התשובות הסופיות (ללא דריבציה) שסיפק המרצה בעת חיבור השאלות. לעיתים הפתרונות נסרקו ורק אחר כך נבדקו ודובגו על ידי המתרגל והמרצה. מן הסתם רוב השגיאות דווחו בפורום בעת פרסום או בדיקת הפתרונות. כמו כן יכולות להיות אי התאמות שנובעות משדרוג של שאלות לצורך תירגולים.

    שימו לב: החל משנת 2022 תרגילים במיחשוב קוונטי הם חלק מתכנית הקורס ויכולים להופיע בבחינה.
    כדי לא להגדיל את העומס, תהיה הקלה בנושא של אינטראקצית ספין-מסילה (תרגילים 56XX לא יכללו בחומר של המבחן).


  • רקע נדרש לקורס

    הקורס מוגדר בתור self-contained. מה זה אומר? גם הקורס פיזיקה1 הוא self-contained אבל קשה ללמוד אותו בלי לדעת פיזיקה תיכונית. גם הקורס מכניקה אנליטית אמור להיות self-contained,  אבל קשה ללמוד אותו בלי הרקע של פיזיקה 1. גם בקורס קוונטים2 אנו מתחילים מאפס, אבל למי שלא נחשף לקורסים קודמים (מכניקה קלאסית, קוונטים1) יהיה קשה מאוד להתמודד עם רמת ההפשטה שלו.  מי שרוצה להיות מוכן לקורס מוצע לו:

    (א) לעבור על הרצאה 03 (בתקצירי ההרצאה) שמסכמת את מה שאתם אמורים לדעת באלגברה לינארית. מבחינה מתמטית - זה הבסיס לקורס. זה חומר שאתם אמורים לשלוט בו. אפשר גם לשמוע את ההקלטה של ההרצאה.

    (ב) מבחינה קונצפטואלית אנו מתחילים מאפס. אבל החומר די מופשט, ולכן אם הבסיס שלכם רעוע יהיה לכם קשה לעקוב. אני ממליץ לחזור על הנושאים הרלוונטיים בקורס "מבוא לפיסיקה מודרנית", בפרט כדאי להתמקד בהרצאות של שבועות 2-6 ושבוע 8. גם שם יש הקלטות.

    (ג) אופציונלית קיים קורס "פיזיקה מודרנית לתלמידי הנדסה" שכולל בחלקו הראשון את הרקע שנדרש לקורס קוונטים2.

  • מדיניות עבור שנה"ל 2023

    ההרצאות פרונטליות, משודרות ומוקלטות באמצעות זום. לרשותכם גם הרצאות מוקלטות של שנים קודמות. התירגולים הם פרונטליים.  בשבוע הראשון יש רק הרצאות ותרגילי בית. 

    מסר כללי: המדיניות בקורס זה, בדומה לקורסים אחרים (לא מסננים) שאני מעביר, היא ח"ל: קל מאוד למי שעושה שעורי בית לעבור את הקורס עם ציון 60. מצד שני קשה לקבל ציון מעל 70. סטודנטים טובים שרוצים להצליח בקורס, ואולי להמשיך בתואר שני, צריכים להתאמץ. סטטיסטיקת הציונים של שנים קודמות זמינה כאן החל משנת 2005. לדוגמה  תוצאות בחינה 2019.

    אזהרה: אל תהיו שאננים.  אל תתרשמו מהתפלגות הציונים הסופיים לפני שנה. בגלל מדיניות האוניברסיטה בהיבטי קורונה, היה משקל גבוה מאוד לעבודת הבית (הציון הסופי היה מיצוע של 4 ציונים - מגן 100 על הגשות, פרויקט, שאלה1, שאלה2). גם מתכונת הבחינה היתה יוצאת דופן (6 שעות במקום 4 שעות עבור בחינה של שתי שאלות), אבל אני לא בטוח שזה עזר הרבה: מספר הסטודנטים שקיבלו בבחינה מעל 90 היה 7. אני בטוח שהם למדו מאוד ברצינות (תשאלו אותם).

    תרגילים, הצהרות, רייטינג - 15%

    בכל שבוע יש מספר מסוים של תרגילים שצריך לפתור (טיפוסית כ-3 תרגילים בשבוע). התרגילים שאתם פותרים הם בבחינת "מרתון" שמכין אתכם לבחינה (רובם הופיעו בבחינות קודמות). את התרגילים צריכים לפתור, לבדוק, ולהגיש (סרוק) במודל, כולל דיווח של תוצאות הבדיקה ורייטינג של הפתרונות באתר. תוצאות הבדיקה העצמית היא בשביל עצמכם (אין טעם לרמות - ציון הבדיקה לא נילקח בחשבון בציון הסופי). תוצאות הבדיקה העצמית ישמשו את סגל ההוראה לצורך בקרה על "מצב העניינים" בקורס.

    A = פתרתי בעצמי בלי להסתכל בפתרון וקיבלתי תשובה נכונה
    B = פתרתי בעצמי אבל קיבלתי תשובה עם שגיאות
    C = לא הצלחתי לפתור עצמאית, נאלצתי להעזר בפתרון

    שימו לב:  אם הגשתם את כל התרגילים עם ציון C, זה לא ישפיע על הציון הסופי. אבל מצד שני זה נותן אינדיקציה ברורה לכך שאתם עומדים להיכשל בבחינה הסופית. זה לא עוזר להתאמן על סודוקו תוך הצצה מתמדת בפתרון ...

    מטלת הגשה - 25%

    בנוסף לפתרון תרגילים על בסיס שבועי, תהיה מטלת הגשה (כנראה יהיה אפשר לבחור מתוך 3 אפשרויות, בהתאם למדיניות שתיקבע על ידי המתרגלת). אפשר ואפילו רצוי לשתף פעולה בפתרון המטלה. אבל ההגשה היא אישית. העתקה של טקסט או ציורים או פלט נומרי היא עברת משמעת. השנה עבודת ההגשה תהיה למידה עצמאית של השימוש בסימולטור של IBM והגשת דוח שמתעד את הביצוע של המשימה. חלון הזמן לביצוע המטלה מוגדר בתכנית הקורס. זה היא תבוצע לאחר שתהיה הרצאה על "מיחשוב קוונטי". 

    בחינה -  60%

    הדרך שבה מתבצעת בחינה בקוונטים2 (מאז ומתמיד וגם השנה) היא כדלהלן:  כל שאלת מבחן אמורה להיות פתירה בפרק זמן של שעה אבל אנו נותנים שעתיים פר-שאלה. בתחילת המבחן מתבצעת "הקראה פומבית" של השאלות ודיון שמטרתו לודא את הבנת הנקרא של הסטודנטים. אחר כך כל סטודנט עובד לבד ללא הפרעות על המבחן. הסטודנטים יכולים להביא למבחן את תקצירי ההרצאה - זה כמו "דף נוסחאות".

    בררת מחדל עבור מבנה בחינה בתקופת הטרום-קורונה: 3 שאלות 6 שעות, שאלה אחת חדשה לחלוטין ושאלה אחת ממוחזרת לחלוטין. החל מתקופת הקורונה ההנהלה הגבילה את פרק הזמן של הבחינה ל-4 שעות. לכן במתכונת החדשה הבחינה כוללת רק שתי שאלות. השאלה "הממוחזרת לחלוטין" סולקה. בשנים האחרונות יש סימולצית מבחן בשבוע הרביעי של הקורס (ראו תכנית קורס).

    חישוב הציון הסופי

    15% על ביצוע תרגילי הקורס (כולל בדיקה ורייטינג) על בסיס שבועי. [*]
    25% על עבודת ההגשה (טיפוסית עבודה סבירה תקבל ציון מעל 80).
    60% על בסיס בחינה שכוללת שתי שאלות.
    לשם השוואה -- מדיניות קורס בשנים קודמות

    [*] במקרה שתתגלה הגשה כוזבת -  זו עברת משמעת - יינקטו צעדים בהתאם לחוקי האוניברסיטה. בררת מחדל - קבלת ציון אפס על מרכיב הבית שהוא 40% מהציון הסופי, כך שהציון הסופי המכסימלי בקורס הוא 60 אם הביצוע של המבחן מושלם.

    מדיניות פיקטור

    בדומה לעמיתי במחלקה, אני מתנגד לפקטורים גלובליים. מצד שני אני תמיד מבצע פקטור סוציאלי. פקטור סוציאלי פועל רק על הציונים בתחום 0-60. הציונים מעל 60 לא מושפעים ממנו. הוא משקף תפיסה שמשלבת אליטיזם עם ראיה חברתית. המחזור כולל סטודנטים טובים בעלי יכולת. סטודנטים כאלו לא מסתפקים בציון 60 ולכן לגביהם אין הצדקה לביצוע פקטור. אבל יש גם סטודנטים אחרים שאולי אין להם יכולת, או שאין להם מוטיבציה להשיג השכלה כי הם רק רוצים לרכוש תעודה במינימום השקעה. סטודנטים כאלה ראוי לדעתי להעביר בציון "עובר" שאינו גדול מ-60. לכל בר דעת שמסתכל בתעודה ברור שציון כזה מרמז על כך שהסטודנט למעשה נכשל אקדמית בקורס. אבל דרכו של הסטודנט לשוק העבודה לא נחסמת. לגישה הזו יש הצדקה מערכתית בקורסים שאינם מוגדרים כקורסים מסננים:  קורסים בפיזיקה להנדסה, וקורסים לתלמידי פיזיקה אחרי הסינון של שנה א. 

    מדיניות ערעורים

    אנו נצמדים לנהלי האוניברסיטה. אנו מבקשים שלא תפנו אלינו בדואל אישי בעניני ערעורים. יש מערכת ערעורים. לפי כללי האוניברסיטה אפשר לערער אם לא ניתנו נקודות על תשובה נכונה, או אם היתה טעות בחישוב הניקוד. ערעורי מיקוח אסורים ("אני חושב שהורדת לי יותר מדי נקודות על השגיאה"). אם מישהו יערער על סעיף שבו הוא כתב תשובה  שגויה הוא יקבל ציון אפס על הסעיף. כדי למנוע עגמת נפש חישבו פעמיים לפני שאתם מערערים!


  • ההרצאות תהינה פרונטליות, באמצעות טאבלט. יופעל זום לטובת הנשארים בבית.
    הזום יוקלט. כל ההקלטות תהינה זמינות באתר המודל. 
    נא לא להשתמש בקישור הזום שמופיע אוטומטית. להלן קישור זום קבוע
    אפשר למצוא שם את ההקלטות מיידית אחרי השעור.
    לאחר כיממה ההקלטות עולות מאתר-הזום לאתר-המודל ואפשר למצוא אותן בקישור השני.

  • Submission, and Evaluation, and Rating are Mandatory on a weekly basis!
    Exercises table  (set# = week#)

    • Each week upload the file and click SUBMIT.
    • Then feed the questionnaires and click SAVE (no need to submit).
    • At the end of the semester please verify that the full questioineears are SUBMITTED.

  • הנחיות כלליות: הדוקומנטציה נדרשת להיות באמצעות מסמך LATEX, בפורמאט שמשמש עבור מאגר הפתרונות של תרגילי הקורס. ביצוע העבודה זו משימה משותפת - אנו מעודדים שיתוף פעולה של הסטודנטים בביצוע המטלה. מאידך, המסמך המוגש הוא עבודה אישית. העתקה היא עברת משמעת ותטופל בהתאם (בררת מחדל - איפוס 40% של הציון). הציון על העבודה יתן משקל גבוה לרמת הפרזנטציה. הלטקס צריך להיות תיקני (לדוגמה: שימוש בסימונים <> עבור סוגרי דירק זה זילזול).  יש לאמץ כללי כתיבה נכונה (לדוגמה: לא שוברים שורות בתוך פסקה). הציורים והכתוביות שלהם צריכים להיות בסטנדרט מדעי תיקני.

    הנחיות מיוחדות:

    Ex 7051 -- Submission should include:
    • Captioned figure for each item (A1,A2,A3+A4).  
    • Appendix with circuit drawing and code.
    • Sharing is not permitted.
    Ex 7052 -- Submission should include:
    • Circuit drawing and code for item B1.
    • Captioned figure that combines the results if B2+B3.
    • Sharing is not permitted.
    • Each student is requested to use different tau in the simulation.
    Ex 7053 -- Submission should include:
    • Circuit drawing and code for items C1 and C2.
    • Captioned figure that combines the results of C3+C4.
    • Appendix with MATLAB code for item C4.
    • Sharing of drawings and codes in items C1,C2 is permitted.
    • Coordinated sharing of simulation data is allowed. But each group of 3  students is requested to use different tau in their simulation.

    הערה1: תרגילי הסימולציה ממחישים את האבחנה בין התפתחות אוניטרית של מערכת סגורה, לבין מה שקורה כאשר מצמדים מכשיר מדידה או דטקטור ("פוינטר") כדי לעקוב אחרי מצב המערכת.  מבחינה פורמאלית מצב המערכת מתואר במונחים של מטריצת הסתברות  \( \rho \), אבל בשביל לפתור את התרגילים אין צורך להשתמש בשפה זו. אפשר להשתמש בשפה של "פונקציות גל" כמקובל בקורסים קוונטים1 וקוונטים2, ולתאר את המדידה בתור "קריסה" של פונקצית הגל.

    הערה2: האספקט האנליטי בתרגילי הסימולציה משקף את החומר של תרגילי "בחינה" שכלולים במאגר. האספקט התיכנותי לא אמור להיות מעיק. ככל שמדובר בהרצות באתר IBM, יש ממשק גראפי מאוד ידידותי  שמשתקף בקוד  QASM שהסינטקס שלו מאוד פשוט. זה כל מה שדרוש. אנו לא מצפים מכם שתאתגרו את המחשב של IBM עם קודים מסובכים שכתובים ב-python. את התוצאה של הסימולציה אפשר להוריד בקובץ אכסל ולנתח בקלות בשיטות קונבנציונליות (מטלב).  

    הערה3: מטלות ההגשה הן היתוך של משימות 11+12+14 שהוגדרו בהגשות של שנת 2022. אנו נצפה לגרסאות משודרגות בהשוואה להגשות שמופיעות שם. מציע להתייחס בחשדנות להגשות  של שנת 2022 -- חלק מההגשות לא עומדות בסטנדרט הנדרש, וכוללות טעויות מביכות.