量子力学Ａ / Quantum Mechanics A

単位数: 2. 担当教員: 大塚 朋廣. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TEI-QTM301J. 開講言語: 日本語.

主要授業科目/Essential Subjects

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授業の目的・概要及び達成方法等

Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。
学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

１．目的
電気・電子工学を支える物質のミクロな理解には、量子力学が不可欠である。さらに量子デバイスや量子計算等、量子の性質を活用した新しいテクノロジーが注目を集めている。本講義ではこの量子力学の基礎を学ぶ。

２．概要
量子力学の基礎概念、シュレディンガー方程式とその計算方法、量子の特性が現れる興味深い現象等、量子力学の基礎について学習する。

３．達成目標等
シュレーディンガー方程式、波動関数、重ね合わせ、演算子と物理量等、量子力学において重要な概念を正しく理解する。

授業の目的・概要及び達成方法等(Ｅ）

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

1. Purpose
To understand the electronic properties of materials, quantum mechanics is necessary. Also, quantum technologies attract keen interest in recent years. Students learn elementary quantum mechanics in this lecture.

2. Outline
Students learn the basic concepts of quantum mechanics, Schrödinger equation, and quantum phenomena.

3. Goal etc.
Students are expected to understand the important concepts of quantum mechanics: Schrödinger equation, wave functions, superposition, operators and observables, etc.

他の授業科目との関連及び履修上の注意

本講義は、線形代数、解析学等の数学の基礎と古典力学の基礎を習得していることを前提としている。

他の授業科目との関連及び履修上の注意(Ｅ）

Students are expected to have learned basic mathematics and physics, such as linear algebra, differential and integral analysis, and classical mechanics.

授業計画

１．なぜ量子力学が必要なの？
２．量子力学って何なの？
３．シュレディンガー方程式を解いてみよう
４．波動関数と物理量
５．シュレディンガー方程式を解いてみよう　その２
６．波動関数と不確定性原理
７．交換関係
８．調和振動子
９．トンネル効果
１０．２次元、３次元のシュレディンガー方程式を解いてみよう
１１．分子、結晶
１２．練習問題を解いてみよう
１３．実験人工量子力学
１４．まとめ
１５．試験

授業計画(Ｅ）

1. Why quantum mechanics is required?
2. What is quantum mechanics?
3. Let's solve Schrödinger equations
4. Wave functions and observables
5. Let's solve Schrödinger equations II
6. Wave functions and uncertainty relation
7. Commutation relations
8. Harmonic oscillator
9. Tunnel effects
10. Let's solve 2d/3d Schrödinger equations
11. Molecules and crystals
12. Exercises
13. Artificial quantum systems
14. Summary
15. Examination

授業時間外学習

講義の内容を踏まえて、予習、復習、レポートの解答を行い理解を深める。

授業時間外学習（Ｅ）

Preparation, review and solving class assignments are required.

成績評価方法及び基準

レポートならびに定期試験によって評価する。

成績評価方法及び基準(Ｅ）

Students are evaluated on their submitted assignments and the examination.

教科書および参考書

• 量子物理学 (電子工学初歩シリーズ), 齋藤理一郎, 培風館 (1995) ISBN/ISSN: 9784563036676 資料種別:参考書
• 量子力学基礎 電気・電子工学基礎シリーズ15, 末光眞希、枝松圭一, 朝倉書店 (2007) ISBN/ISSN: 9784254228854 資料種別:参考書
• Modern Quantum mechanics, J. J. Sakurai, Addison-Wesley (1993) ISBN/ISSN: 9780201539295 資料種別:参考書