La mecànica quàntica (MQ) és una vessant important de la física, i avui en dia té aplicacions que van més enllà de la recerca pura. L’ensenyament formatiu de MQ sol ésser teòric, per desenvolupar i fonamentar conceptes complexes com el de funció d’ona, entrellaçament o mesura. Els cursos tradicionals de MQ complementen aquestes classes teòriques amb sessions de problemes, que sovint van acompanyats de dificultats adicionals (matemàtiques complicades, números complexes, etc). Aquestes dues vessants tradicionals permeten aprofundir en la majoria de conceptes i funcionen per estudiants amb bones capacitats, però és fàcil que es generin concepcions errònies o incomplertes sobre alguns d’aquests conceptes. A més, els estudiants amb baixes capacitats matemàtiques (o de backgrounds diferents) poden desilusionar-se ràpidament. 

Una manera de superar aquestes barreres conceptuals és oferir exemples d'aprenentatge hands-on i visual, que permetin, per exemple, obtenir resultats senzills de MQ sense haver de passar per processos matemàtics o computacionals complexes. D’aquesta manera, els alumnes poden posar en pràctica conceptes teòrics directament, afavorint la comprensió directa sense obstacles. Aquestes eines permeten a docents i estudiants accedir de manera més directa a potencials concepcions errònies. 

La finalitat d’aquest projecte és adaptar, desenvolupar i emprar l’eïna Quantum Composer (https://www.quatomic.com/composer/) en el curs de Advanced Quantum Mechanics, del Màster de Ciència i Tecnologia Quàntiques. Aquest és un dels cursos obligatoris del Màster i té típicament entre 30 i 40 estudiants matriculats. Una de les dificultats que hem trobat en el curs es l’avaluació activa dels coneixements previs i de l’assoliment dels objectius pedagògics de l’assignatura. Les simulacions sencilles de Quantum Composer serien particularment útil per incidir en diferents dimensions de la pràctica docent d’aquest curs, ja que permetrien:

1.- Accedir a resolucions numèriques exactes de potencials senzills, i comparacions directes amb les estimacions obtingudes en teoria de perturbacions.
2.- Procedir a simular diferents tipus d'estats quàntics.
3.- Preparar i executar simulacions de MQ dependent del temps, i els resultats associats en teoria de pertorbacions.

Destaquem que el Quantum Composer és una eïna desenvolupada a la Universitat d’Arhus específicament per aspectes docents (i de recerca) en MQ. Durant el curs 2023-24, hem fet una prova pilot que ha resultat molt positiva.

L'objectiu del nostre projecte és formalitzar aquesta prova amb eïnes evaluables per integrar del tot l'aplicació de Quantum Composer al nostre curs. El projecte ens permetrà implementar el Quantum Composer posant especial èmfasi en l’alineament amb els objectius docents de l’assignatura que conté els temes relacionats amb teoria de pertorbacions dependent i independent del temps, així com estats coherents. Amb aquest projecte, prepararem el material necessari per desenvolupar entre 2 i 3 sessions de laboratori computacional per implementar simulacions d’interes pel curs. També densenvoluparem estratègies per proveir feedback i evaluacions que puguin permetre ampliar l’espectre de tasques evaluables de l’assignature. Destaquem, finalment, que aquesta implementació s'avaluarà amb qüestionaris especialitzats i que els aspectes conceptuals en què incidirem són rellevants també pel programa del Màster de Ciència i Tecnologia Quàntiques.