ITK juhtspetsialistidele vajalike interdistsiplinaarsete kõrgtehnoloogiliste baasteadmiste andmine uudsete suure lisandväärtusega toodete kasutamiseks ja väljatöötamiseks. Koos sajandivahetusel alanud nanotehnoloogiate esilekerkimisega sai maailmas alguse teaduse ja tehnoloogia eri valdkondade läbipõimumine, mistõttu reaalmaailmast lahus vaadeldud infotehnoloogiast ei piisa üldjuhul enam konkurentsis püsimiseks. Kursus käsitleb tunnustatud võtmetehnoloogiate nagu nanotehnoloogia, nanoelektroonika, fotoonika ja kvanttehnoloogia (nt. kvantkrüptograafia) olulisi küsimusi, mis moodustavad aluse ITK valdkonna kõrgtehnoloogilistele toodetele praegu ja tulevikus.

The main aim of the course is to provide interdisciplinary knowledge about key modern technologies necessary for ICT professionals for the application and development of novel high added-value products. Together with the apperance of the nanotechnologies at the beginning of the 21st century, a convergence of different fields of science and technology began, due to which the knowledge of the IT field as separate from the real world is not generally sufficient to be competitive on the market. The course addresses and explains the main issues of recognized key technologies such as nanotechnology, nanoelectronics, photonics and quantum technology (eg quantum cryptography), which form the basis for high tech products in the ITC field today and in the future.

Kursuse läbinud üliõpilane:
- orienteerub Euroopa Liidu ja konkureerivate riikide tippteaduse ning kõrgtehnoloogia võtmevaldkondades, eesmärkides ja programmides;
- on omandanud süsteematilise lähenemise alates 2000. aastast maailmas esile tõusnud nanotehnoloogiatele ja prognoosib tuleviku arenguid erinevates rakendusvaldkondades, sh IT mikrokiipide nano-CMOS pealiini ja väljapakutud uue grafeentransitoride tehnoloogia järgmiste põlvkondade arenguid;
- on saanud ettekujutuse pooljuhtide tehnoloogiast ja tööstusest, sh kvantaukudega heterostruktuuride tehnoloogiast. ning on disaininud ühe konkreetse QWIP-detektori baaslahenduse;
- tunnevad optilise kommunikatsiooni ja fotoonika kui ühe esiletõstetud võtmetehnoloogia põhimõtteid, uusi arenguid ja oodatavaid tulemusi;
- on omandanud arusaamise kvanttehnoloogiate põhimõtetest ja alamliikidest (krüptograafia, sensorid, metroloogia, simulaatorid ning arvutid) ning oodatavatest uutest tulemustest, sh on omandanud simulatsioonülesannete abil kvantkrüptograafia põhiprotokollide (BB84, Ekert91 jt.) põhimõtted.

On completion of the course, the student:
- understands the key fields, goals and programmes of top science and high technology of the EU and the competing countries;
- has gained a systematic approach to the nanotechnologies emerging gobally since 2000 and is able to predict future developments in various fields of application, including mainstream nano-CMOS IT chips and proposed next-generation graphene technology;
- understands the semiconductor technology and industry, including the quantum well heterostructure technology; and has also designed one specific QWIP detector base solution;
- knows the new developments and expected results of optical communication and photonics that have been internationally accepted key technologies of the modern ICT era;
- has gained an understanding of the principles and sub-types of quantum technologies (cryptography, sensors, metrology, simulators and computers) and the expected new results, and has also mastered the principles of quantum cryptography main protocols (BB84, Ekert91, etc.) using the simulation tasks.

Nanotehnoloogia defineerimine, avastused, arengud, riiklikud programmid, finantseerimis-mahud. Võtmetehnoloogiate ja tulevikutehnoloogiate määrangud. Nobeli preemiad, müüdid ja ohud, kaugemad ja lähemad eesmärgid IKT ja muudel rakendusaladel. Nano-CMOS arengud, ITRS koostööorganisatsiooni raportid, grafeeni-tehnoloogia revolutsioon. Arvutamise teoreetilised piirid. Pooljuhtide eriomadused IKT alusena, maailma pooljuhttööstuse supertehased. Läbimurdelised kvantaukudega heterostruktuurid optilisteks ja mitteoptilisteks rakendusteks. Optiline kommunikatsioon ja fotoonika, baasseadised ja uue põlvkonna arengud. Öönägemise QWIP detektori näidisülesanne. Kvantfilosoofia alused, esimene ja teine kvantrevolutsioon, tippteaduse avastused – teleportatsioon, ülevalguskiiruskorrelatsioonid jm. Gigantse magnettakistuse avastus ja mälumahtude hüpe. Kvant-Hall'i efekt ning Ohmi seaduse kvantimine. Kvanttehnoloogiate IKT-alamliigid: kvantkrüptograafia, -sensorid, -metroloogia, -simulaatorid ja –arvutid. Rahvusvaheliste ja riiklike programmide eesmärgid. Kvantkrüptograafia õppeülesannete lahendamine põhiprotokollide (BB84, Ekert91) omandamiseks. Võtmetehnoloogia alane ettekanne (kirjalik + suuline) või uue õppeülesande kavandamine e-õppe süsteemile

Definition of nanotechnology, main inventions, developments, national programs, funding amounts. Other key enabling and future emerging technology fields. Relevant Nobel prizes, myths and dangers, the short and long-term goals for ICT and other application fields. Nano-CMOS downscaling, ITRS organisation reports, graphene revolution. Theoretical limits of computation. Crucial features of semiconductors as the basis of ICT, superfactories of the world semiconductor industry. Revolutionary quantum well heterostructure devices for optical and non-optical applications. Optical communication and photonics, basic components and new developments. Training task of night vision QWIP-detector. Foundations of quantum physics, 1st and 2nd quantum revolution, new discoveries of top science – teleportations, superluminal correlations etc. Discovery of gigantic magnetoresistance and jump of memory sizes in IT. Quantum Hall effect and the quantized Ohm’s law. Subfields of quantum ICT-technology: q. cryptography, sensors, metrology, simulators and computers. Goals of the international and national programs. Training tasks of q. cryptography main protocols (BB84, Ekert91). Presentation (written & oral) about key technologies or designing a new training task for the e-learning system.

Teadmisi hinnatakse eksamil. Eksamile pääsemise tingimused on iseseisvate ülesannete lahendamine ja koostatud ning kaasüliõpilatele ette kantud essee võtmetehnoloogiate teemal.

Examination. The conditions for admission to examination are the independent solving of tasks and the written and presented essay on key technologies introduced to fellow students.

2* 16 tundi loenguid + 2*16 harjutustundi + 92 tundi iseseisvat (sisaldab ülesannete lahendamist ja esseed) tööd = 156 tundi. Ülesannete lahendamine toimub e-õppe süsteemis. Üks õppeülesanne on essee ja ettekanne kaasüliõpilastele kursusega seotud võtmetehnoloogiate teemal.

2* 16 hours of lectures + 2*16 practical training hours + 92 h of independent work (including solving the tasks and an essay) = 156 h. Tasks are solved in an e-learning system. One task is an essay and a presentation to the other students on the topic of key technologies related to the course.

1. Nanoscale science and technology, eds. R.W. Kelsall et al. (Leeds Univ.), Wiley, 2005, 456p.
2. Nanoelectronics and information technology, 2nd ed., ed. R.Waser. Wiley, 2005, 995p.
3. V.E. Borisenko and S. Ossicini: What is what in the nanoworld: a handbook on nanoscience and nanotechnology. Wiley-VCH, 2008, 522p.
4. G.L. Hornyak, J.J. Moore, H.F. Tibbals, J. Dutta: Fundamentals of nanotechnology, CRC Press, 2009, 780p.
5. B. Rogers, J. Adams, S. Pennathur: Nanotechnology: Understanding of small systems (3rd ed.), CRC Press, 2017, 427p. (Winner of outstanding academic book award 2011).

-