授業科目名	量子力学
時間割番号	UEE256
担当教員名	内山　智香子
開講学期・曜日・時限	後期・水・I	単位数	2
＜対象学生＞
工学科２年次以上
＜授業の目的＞
近年、半導体の集積化技術に加え、量子コンピュータ等の量子情報処理技術が急速に進展している。今後これらの技術の進化を支える上で、ミクロレベルでの現象に対峙する能力を備えた電気電子分野の技術者が待望されている。電子・原子スケールの現象を記述する数学的手段を提供する量子力学の習得は、この要請に答える上で重要な役割を担っている。本講義では、演習問題やコンピュータシミュレーションを利用しつつ、量子力学の基本原理を学び，量子情報システムの基本を理解することを目的とする。
＜本授業科目による獲得・涵養が特に期待されるコンピテンシー＞（能力・資質）
工学部>工学科向け 記号 コンピテンシー（能力・資質） 説明   工-A 専門 ②専門的知識 専門分野の基礎的知識を体系的に理解して説明 ◎
＜到達目標＞  到達目標とは
目標NO 説明 コンピテンシーとの対応 工学 1 シュレディンガー方程式の特徴を説明できること 工-A 2 水素原子の量子力学的取り扱い方法を説明できること 工-A 3 原子間の結合に対する量子力学的取り扱い方法を説明できること 工-A 4 直交関数展開・重ね合わせ状態などの量子力学的手法の定義と意味を説明できること 工-A 5 フォトンやスピンについての基礎概念及び量子力学的手法の定義と意味を説明できること 工-A 6 量子情報処理システムと量子力学的概念の関係について説明できること 工-A
＜成績評価の方法＞
目標No 割合 評価の観点 1 10% 記述問題で自らの言葉で具体的に説明できたか否かを評価する 2 20% テスト・課題で該当する項目を正しく説明できたか否かを評価する 3 15% テスト・課題で該当する項目を正しく説明できたか否かを評価する 4 15% テスト・課題で該当する項目を正しく説明できたか否かを評価する 5 25% テスト・課題で該当する項目を正しく説明できたか否かを評価する 6 15% テスト・課題で該当する項目を正しく説明できたか否かを評価する 合計 100%
＜授業の方法＞
スライドを利用した授業を行う．講義資料はあらかじめ配布予定．
＜受講に際して・学生へのメッセージ＞
量子力学講義で説明した内容の理解を深めるため，II 限の量子力学演習との同時履修を強く推奨する．
＜テキスト＞
(未登録)
＜参考書＞
(未登録)
＜授業計画の概要＞
1 タイトル 量子力学の基礎事項（１） 事前学習 事後学習 事前学習：電子物性基礎に関する復習 事後学習：原子模型・波動性と粒子性に関する復習 授業内容 ・授業の最初に、 この授業全体の到達目標、授業の進め方、課題提出の仕方、成績評価の仕方に関するガイダンス を行います ・そのあと、原子模型・波動性と粒子性についての講義を行います 2 タイトル 量子力学の基礎事項（２） 事前学習 事後学習 事前学習：電子物性基礎及び前回までの復習 事後学習：ニュートンの運動方程式からシュレディンガー方程式への経緯に関する復習 授業内容 ・ニュートンの運動方程式からシュレディンガー方程式への経緯についての講義を行います 3 タイトル シュレディンガー方程式（１）水素原子（クーロンポテンシャルとは？） 事前学習 事後学習 事前学習：電子物性基礎及び前回までの復習 事後学習：水素原子内の電子に対するシュレディンガー方程式に関する復習 授業内容 ・水素原子内の電子に対するシュレディンガー方程式についての講義を行います 4 タイトル シュレディンガー方程式（２）水素原子（波動関数は何をあらわすのか？） 事前学習 事後学習 事前学習：電子物性基礎及び前回までの復習 事後学習：水素原子内の電子に対するシュレディンガー方程式に関する復習 授業内容 ・水素原子内の電子に対するシュレディンガー方程式についての講義を行います 5 タイトル シュレディンガー方程式（３）原子間の結合（結合・反結合軌道とは何か？） 事前学習 事後学習 事前学習：電子物性基礎及び前回までの復習 事後学習：原子間の結合に関する復習 授業内容 ・原子間の結合の量子力学的取り扱いについての講義を行います 6 タイトル シュレディンガー方程式（４）一般的な状況をどのように取り扱うのか？ 事前学習 事後学習 事前学習：電子物性基礎及び前回までの復習 事後学習：シュレディンガー方程式の一般的取り扱いに関する復習 授業内容 ・位置表示，直交関数展開など量子力学的取り扱いについての講義を行います 7 タイトル 波動関数から量子情報へ（１） 事前学習 事後学習 事前学習：前回までの復習 事後学習：ブラ・ケット記法に関する復習 授業内容 ・ブラ・ケット記法などの量子力学的取り扱いについての講義を行います 8 タイトル 波動関数から量子情報へ（２） 事前学習 事後学習 事前学習：前回までの復習 事後学習：重ね合わせ状態に関する復習 授業内容 ・重ね合わせ状態などの量子力学的取り扱いについての講義を行います 9 タイトル 量子情報処理の基礎（１）フォトン（光子）とは何か？ 事前学習 事後学習 事前学習：前回までの復習 事後学習：フォトン（光子）に関する復習 授業内容 ・フォトン（光子）の量子力学的取り扱いについての講義を行います 10 タイトル 量子情報処理の基礎（２） 事前学習 事後学習 事前学習：前回までの復習 事後学習：電磁場の構成要素としてのフォトンに関する復習 授業内容 ・電磁場の構成要素としてのフォトンについての講義を行います 11 タイトル 量子情報処理の基礎（３）スピンとは何か？ 事前学習 事後学習 事前学習：前回までの復習 事後学習：スピンに関する復習 授業内容 ・スピン発見の経緯やスピンの量子力学的取り扱いについての講義を行います 12 タイトル 量子情報処理の基礎（４）スピンと磁性 事前学習 事後学習 事前学習：前回までの復習 事後学習：スピンと磁性に関する復習 授業内容 ・スピンと磁性の量子力学的取り扱いについての講義を行います 13 タイトル 量子情報処理システム（１）量子暗号 事前学習 事後学習 事前学習：前回までの復習 事後学習：量子暗号に関する復習 授業内容 ・量子暗号の原理についての講義を行います 14 タイトル 量子情報処理システム（２）量子コンピュータ 事前学習 事後学習 事前学習：前回までの復習 事後学習：量子コンピュータに関する復習 授業内容 ・量子コンピュータの原理についての講義を行います 15 タイトル 総括とまとめ 事前学習 事後学習 授業前に、第1回~第14回授業の講義資料、自身で記入した振り返りを参照し、学習内容を確認します 授業内容 この講義でのまとめと総括評価を行います 16 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 17 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 18 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 19 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 20 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 21 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 22 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 23 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 24 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 25 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 26 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 27 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 28 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 29 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容 30 タイトル 事前学習 事後学習 授業内容
＜実務経験のある教員による授業科目の概要＞
担当教員は、理化学研究所にて基礎科学特別研究員として勤務した経験を有する。その際、フォトンの媒介による原子間の量子コヒーレンスの生成と消滅のダイナミクスについて、フォトンを表す調和振動子や電子等の量子力学的性質に基づく量子統計力学的手法を用いた研究を行った。本講義では、上記研究の経験を生かし、量子力学の初歩がどのように研究の最前線に生かされるのか、演習などの実践を交え、折に触れて説明を行う。
＜前年度授業に対する改善要望等への対応＞
新設科目につき該当しない
＜備考＞
(未登録)