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Seminar Quanten-Bio-Sensorik

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#41236 / #1

Seit SoSe 2025

Englisch

Seminar on Quantum Bio-Sensing
Seminar Quanten-Bio-Sensorik

6

Jadaun, Priyamvada

Benotet

Portfolioprüfung

Englisch

Zugehörigkeit


Fakultät IV

Institut für Hochfrequenz und Halbleiter-Systemtechnologien

34321400 FG Halbleiterbauelemente und Mikroelektroniksysteme

Keine Angabe

Kontakt


TIB 4/2-1

Krahn, Sandra

sekretariat@tmp.tu-berlin.de

http://www.tu.berlin/sam

Lernergebnisse

In den letzten Jahren ist das Interesse an den Quantentechnologien wie Quantensensorik, Quantenberechnung und Quantenkommunikation stark gestiegen. Von diesen Technologien ist die Quantensensorik am ausgereiftesten und steht kurz vor der Umsetzung in reale Anwendungen. Aufgrund ihrer hohen Erfassungspräzision, -treue, -geschwindigkeit und Miniaturisierung ist die Quantensensorik sehr vielversprechend für Anwendungen in der Biotechnologie und den Neurowissenschaften. Im Bereich der Neurowissenschaften ist die Quantenphysik besonders vielversprechend für die Realisierung von hochauflösenden, nicht-invasiven Scans des lebenden Gehirns, die bisher nicht möglich waren. Solche hochpräzisen, originalgetreuen Scans können zu einem Durchbruch in unserem Verständnis der Funktionsweise des Gehirns führen und uns helfen, wirksame Behandlungen für eine Vielzahl von neurologischen und psychologischen Störungen zu entwickeln. Dieser Kurs vermittelt den Studierenden ein einführendes Verständnis für das zukunftsweisende Gebiet der Quantensensorik und ihre vielversprechenden Anwendungen in der Biomedizin. Die Studierenden werden die neuesten und wichtigsten Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Quantensensorik und Biomedizin lesen und diskutieren. Sie werden mit den wichtigen Problemen, den jüngsten Durchbrüchen und den zukünftigen Zielen bei der Entwicklung von Quantensensor-Hardware vertraut gemacht, die nicht-invasive Bilder des Gehirns liefern kann. Sie werden auch neue Technologien und weitreichende Ideen auf dem Gebiet der Quanteninformation, der Neurotechnologie und der Bio-Bildgebung kennen lernen. Dieses Wissen hilft den Studierenden, sich auf eine Wirtschaft vorzubereiten, die durch die Quanteninformationstechnologie verändert werden könnte. Zusätzlich zu den oben genannten Themen werden die Studierenden auch allgemeines Wissen über Quantensensorik erwerben und allgemeine wissenschaftliche Fähigkeiten entwickeln. So lernen sie beispielsweise, wie man wissenschaftliche Arbeiten liest, wie man sie kritisch analysiert, wie man mit Kollegen über eine Arbeit diskutiert und wie man die positiven und negativen Merkmale einer Arbeit feststellt. Diese Fähigkeiten sind für jeden Wissenschaftler oder Ingenieur sehr wichtig.

Lehrinhalte

Dieser Kurs, der die Lücke zwischen Quanteninformation und Neurowissenschaften schließt, führt die Studenten in das aufstrebende Gebiet der Quantensensorik und ihre Anwendungen in der Biomedizin ein. Der Kurs wird als typischer Seminarkurs durchgeführt und jede Woche werden 1-3 wichtige Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet besprochen. Die Arbeiten werden je nach den neuesten Veröffentlichungen ausgewählt, decken aber die folgenden Themen ab: Eine kurze Einführung in die Quanten-Bio-Sensorik Viele biologische Prozesse beruhen auf der Quantenphysik einzelner Atome oder Ionen, so dass diese Effekte zu klein sind, um sie mit klassischen Sensoren zu erkennen und zu messen. Ein Quantenansatz für die Biosensorik bietet eine bahnbrechende Methode zum Nachweis und zur Messung dieser Prozesse und könnte die Untersuchung komplexer biologischer Systeme revolutionieren. Hier werden die Studierenden in die bahnbrechende Forschung auf diesem Teilgebiet eingeführt. Einführung in die Quantentechnologie für nicht-invasive Gehirnsensorik Der Kurs befasst sich mit den jüngsten wichtigen Entwicklungen auf dem Gebiet der Quantensensorik, die bei der nicht-invasiven Untersuchung von Tiergehirnen eingesetzt wird. Im Mittelpunkt dieses Abschnitts steht die Quanten-Magnetoenzephalographie (MEG), bei der hochempfindliche Quantengeräte eingesetzt werden, um die winzigen Magnetfelder zu erfassen, die durch die neuronale Aktivität im Gehirn erzeugt werden. Optisch gepumpte Magnetometer (OPMs) für Gehirnscans OPM-MEG ist eine kürzlich entwickelte Quantentechnologie, die für nicht-invasive Gehirnscans sehr vielversprechend ist. Prototypen dieser Technologie sind bereits auf dem Markt und werden eingesetzt, um die Grenzen der Hirnforschung und der Therapeutik zu erweitern. In diesem Abschnitt werden die Studenten mit den jüngsten Forschungen und Entwicklungen in diesem Teilbereich vertraut gemacht. NV-Diamant-Magnetometer für Gehirn-Scans Ein weiterer vielversprechender Weg für das Scannen des Gehirns ist der Einsatz von Nitrogen-Vacancy Diamond (NVD) Magnetometern. Das NVD-Quantensystem verwendet einen Diamantkristall mit Stickstofflöchern und stößt auf großes Forschungsinteresse. Die Studierenden werden in dieses wichtige Teilgebiet eingeführt, das in einer Vielzahl von Bereichen Anwendung findet, von der Luft- und Raumfahrt über die Materialwissenschaften bis hin zur Astronomie und Geologie. Herausforderungen und Zukunftsaussichten. Die Studierenden lernen einige kritische Herausforderungen auf dem Gebiet der Quanten-Bio-Sensorik kennen, wie z. B. die Verbesserung der Skalierung, Genauigkeit, Zuverlässigkeit, Kompaktheit usw. Sie werden auch in vielversprechende zukünftige Forschungsrichtungen eingeführt, wie z. B. die Entwicklung neuartiger Quantenmaterialien und die Überschneidung von Quantensensorik und maschinellem Lernen.

Modulbestandteile

Pflichtbereich

Die folgenden Veranstaltungen sind für das Modul obligatorisch:

LehrveranstaltungenArtNummerTurnusSpracheSWS ISIS VVZ
Quantum Bio-SensingSEMSoSeen4
ISIS-Kurssuche nach Veranstaltungen des Moduls

Arbeitsaufwand und Leistungspunkte

Quantum Bio-Sensing (SEM):

AufwandbeschreibungMultiplikatorStundenGesamt
Präsenzzeit15.04.0h60.0h
Vor-/Nachbereitung15.04.0h60.0h
Vortrag15.04.0h60.0h
180.0h(~6 LP)
Der Aufwand des Moduls summiert sich zu 180.0 Stunden. Damit umfasst das Modul 6 Leistungspunkte.

Beschreibung der Lehr- und Lernformen

Dies ist ein klassischer Seminarkurs, in dem die Teilnehmer*innen wichtige Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet besprechen. Für jeden Kurs werden den Studierenden 1-3 Forschungsarbeiten zum Studium vorgegeben. Im Seminar werden diese Arbeiten diskutiert, analysiert und untersucht. Die Studierenden werden ermutigt, ihre Ansichten, ihre Erkenntnisse und ihre Fragen zu den Arbeiten mitzuteilen. Gegen Ende des Kurses wird jede*r Teilnehmer*in gebeten, eine Präsentation über ein Unterthema in diesem Bereich zu halten. Jede Präsentation dauert 15-20 Minuten, und die Studierenden werden nach dem Inhalt ihrer Präsentation sowie nach ihren Kommunikationsfähigkeiten benotet. Am Ende des Seminars findet eine mündliche Abschlussprüfung statt. Die Abschlussnote basiert auf der mündlichen Prüfung (60%) und der Präsentation (40%).

Voraussetzungen für die Teilnahme / Prüfung

Wünschenswerte Voraussetzungen für die Teilnahme an den Lehrveranstaltungen:

Gute bis sehr gute Kenntnisse der englischen Sprache. Grundkenntnisse der Quantenmechanik.

Verpflichtende Voraussetzungen für die Modulprüfungsanmeldung:

Dieses Modul hat keine Prüfungsvoraussetzungen.

Abschluss des Moduls

Benotung

Benotet

Prüfungsform

Portfolioprüfung

Art der Portfolioprüfung

100 Punkte insgesamt

Sprache(n)

Deutsch

Prüfungselemente

NamePunkteKategorieDauer/Umfang
(Deliverable assessment) Presentaton40mündlichKeine Angabe
(Examination) Oral Exam60mündlichKeine Angabe

Notenschlüssel

Notenschlüssel »Notenschlüssel 2: Fak IV (2)«

Gesamtpunktzahl1.01.31.72.02.32.73.03.33.74.0
100.0pt95.0pt90.0pt85.0pt80.0pt75.0pt70.0pt65.0pt60.0pt55.0pt50.0pt

Prüfungsbeschreibung (Abschluss des Moduls)

Keine Angabe

Dauer des Moduls

Für Belegung und Abschluss des Moduls ist folgende Semesteranzahl veranschlagt:
1 Semester.

Dieses Modul kann in folgenden Semestern begonnen werden:
Sommersemester.

Maximale teilnehmende Personen

Die maximale Teilnehmerzahl beträgt 15.

Anmeldeformalitäten

Bitte melden Sie sich per E-Mail für das Modul an. Wenn es mehr Interessenten als Plätze gibt, wird die Zulassung nach dem Eingangsdatum vergeben.

Literaturhinweise, Skripte

Skript in Papierform

Verfügbarkeit:  nicht verfügbar

 

Skript in elektronischer Form

Verfügbarkeit:  verfügbar

 

Literatur

Empfohlene Literatur
Keine empfohlene Literatur angegeben

Zugeordnete Studiengänge


Diese Modulversion wird in folgenden Studiengängen verwendet:

Studiengang / StuPOStuPOsVerwendungenErste VerwendungLetzte Verwendung
Computer Engineering (M. Sc.)14SoSe 2025SoSe 2025
Computer Science (Informatik) (M. Sc.)12SoSe 2025SoSe 2025
Elektrotechnik (M. Sc.)13SoSe 2025SoSe 2025
Medientechnik (M. Sc.)12SoSe 2025SoSe 2025

Studierende anderer Studiengänge können dieses Modul ohne Kapazitätsprüfung belegen.

Sonstiges

Keine Angabe