7 sem NS I stop Informatyka kwantowa V INF Niestacjonarne …

Politechnika Opolska
Wydział …EAiI……………
Kształcenia
Załącznik nr 1
do Uczelnianego Systemu Zapewnienia Jakości
KARTA OPISU PRZEDMIOTU
INFORMATYKA
KIERUNEK STUDIÓW
SPECJALNOŚĆ
SIECI KOMPUTEROWE I SYSTEMY BAZ DANYCH
RODZAJ STUDIÓW
NAZWA PRZEDMIOTU
NIESTACJONARNE
PRZEDMIOT WYBIERALNY III - INFORMATYKA KWANTOWA
SUBJECT TITLE
RODZAJ PRZEDMIOTU *)
SEMESTR STUDIÓW
Przedmioty wprowadzające
oraz wymagania ogólne**)
OBIERALNY
ECTS (pkt.)
TRYB ZALICZENIA PRZEDMIOTU
5
ZALICZENIE NA OCENĘ *)
KOD PRZEDMIOTU:
Fizyka, Teoria informacii i kodowania, Teoria sygnalów, Teoria złoŜoności
obliczeniowej
PROGRAM PRZEDMIOTU
FORMA ZAJĘĆ
WYKŁAD
20
PROWADZĄCY ZAJĘCIA
(tytuł/stopień naukowy, imię i nazwisko)
DR HAB. SERGIEJ KAIM
10
DR HAB.
LICZBA GODZIN
ZAJĘĆ W SEMESTRZE
ĆWICZENIA
LABORATORIUM
PROJEKT
SEMINARIUM
SERGIEJ KAIM
TREŚCI KSZTAŁCENIA (PROGRAM NAUCZANIA)
WYKŁAD
Lp.
1.
2.
Tematyka zajęć
Liczba godzin
Wykład organizacyjny, omówienie warunków uzyskania zaliczenia oraz przedstawienie
zagadnień poruszanych na zajęciach.
Pojęcie entropii w teorii prawdopodobieństwa. Entropja Shenona. Entropia schematów
skończonych. Entropia lancuszków Markowego. Twierdzenie o bezszumowym kodowaniu.
Entropia w teorii kwantowej. Entropia fon Neumanego. Kopijowanie i transpozycja.
Teoremat o zabronieniu kopiowania stanów kwantowych. Pojęcie kanalu kwantowego
komunikacyjnego.
2
2
3.
WspólzaleŜność niekreśloności energii i czasu. Kwantowe pomiary ciągle. Kwantowy efekt
Zenona. EPR –stany.
2
4.
Spłatanie stanów. Teleportacja kwantowa. Stany Belloge’a. Experymenty z teleportacii
kwantowej stanu polaryzacyjnego fotonu.
2
5.
Kwantowe obliczenie – zasady. Maszyna Turinga klasyczna. Odwracalne i nieodwracalne
obliczenia. Klasyczna prawdopodobna maszyna Turinga.
2
6.
Pojęncie q-bita. Kwantowa maszyna Turinga. Obliiczenia z kwantową rownoleglością.
Kroky obliczeniowe i przetałcenia unitarne Pojęncie stanu zatrzymanego. Czy moŜe
kwantowy komputer być calkowicie kwantowym.
2
7.
Pobudowa przeksztalceń unitarnych – siecej kwantowych. Kwantowe bramki łogiczne. .
2
8.
Kwantowy ałgorytm Szora efektywnej faktoryzacji liczb. .
2
9.
Stabilność kwantowego obliczenia – dekogerencia stanów. Fizyczne mechanizmy
dekogerencii.
2
10. . Podstawy kryptografii kwantowej. Protokol stworzenia klucza kryptograficznego BB84.
2
RAZEM GODZIN W SEMESTRZE
20
Nazwa przedmiotu
ĆWICZENIA
Lp.
Tematyka zajęć
Liczba godzin
1.
2.
RAZEM GODZIN W SEMESTRZE
LABORATORIUM
Lp.
Tematyka zajęć
Liczba godzin
1.
2.
RAZEM GODZIN W SEMESTRZE
ĆWICZENIA PROJEKTOWE
Lp.
Tematyka zajęć
Liczba godzin
1.
2.
RAZEM GODZIN W SEMESTRZE
SEMINARIUM
Lp.
Liczba godzin
Tematyka zajęć
1.
Formalizm mechaniki kwantowej. Stan kwantowy.
1
2.
Ewolucja unitarna i równanie Schrödingera.
1
3.
Jednostka informacii kwantowej – q-bit. Sfera Blocha. Splątanie stanów.
1
4.
Stany Bella. EPR-stany. Zjawiśko teleportacii stanów kwantowych.
1
5.
Bramki kwantowe. Bramki jednoqubitowe.
1
6.
Bramki kwieloqubitowe (CNOT, Toffola). Zbior bramek uniwersalny (CNOT i bramki
jednoqubitowe ).
1
7.
Pojęcie efektywności obliczeń. Wykladnikowe i wiełomianowe algorytmy.
1
8.
Algorytm Szora. Twierdzenia no-cloning.
1
9.
Kwantowa dystrybucja klucza. Protokol BB84.
1
10.
Zaliczenie przedmiotu.
1
RAZEM GODZIN W SEMESTRZE
10
ZAŁOśENIA I CELE PRZEDMIOTU:
Celem kształcenia jest przekazanie oraz ugruntowanie wiedzy z wybranych działów informatyki kwantowej. .
Wykład ma zapoznać studentów z podstawowymi definicjami, twierdzeniami, metodami informatyki kwantowej
oraz ich zastosowaniami w informatyce. Wykład wprowadza aparat matematyczny niezbędny do konstruowania i
analizy algorytmówkwantkwych, sieci łogicznych kwantowych.
Celem ćwiczeń jest zdobycie umiejętnosci rozwiązywania przykładowych zadań, nauczyć studentów
abstrakcyjnego formułowania zagadnień z wykorzystaniem wiedzy z matematyki dyskretnej.
METODY DYDAKTYCZNE:
1. Powtórzenie materiału teoretycznego na początku ćwiczenia.
2. Podanie przykładów zastosowań danego materialu w informatyce.
3. Aktywizacja studentów za pomocą włączenia do dyskusii.
4. Otwarte rozwaŜania nowoczesnych osiągnięć w dziedzinie informatyki i wspólczesne problemy.
5. Podkreślenie róŜnicy pomiędzy pojęcijami kłasycznej informatyki i informatyki kwantowej.
FORMA I WARUNKI ZALICZENIA PRZEDMIOTU:
Zaliczenia wykladów i czwiczeń na podstawie wyników kolokwium pisemnego.
2
Nazwa przedmiotu
LITERATURA PODSTAWOWA:
[1 Preskill J. Lecture Notes for Physics 229: Quantum Information and Computation. California Institute of
Technology, September 1998, 321 p.
[2] Stefan Wegrzyn, Jerzy Klamka, Jarosław A. Miszczak. Kwantowe systemy informatyki, (z WWW).
[3] M. A. Nielsen and Isaac L. Chuang. Quantum Computation and Quantum information. Cambridge University
Press, 2000.
[4] A. Galindo* and M. A. Martı´n-Delgado, Information and computation: Classical and quantum aspects, Reviews
of Modern Physics, Vol.74, APRIL 2002
[5]. Dirk Bouwmeester, Artur Ekert, Anton Zeilinger (Eds.), The Physics of Quantum Information (Quantum
Cryptography Quantum Teleportation Quantum Computation), Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2000.
[6]. Feynman and Computation Exploring the Limits of Computers, Edited by Anthony J.G. Hey, Advanced Book
Procgram, PERSEUS BOOKS, Massachusetts, 2000.
[7]. Quantum Theory and Measurement, Ed.by John Archibald Wheeler and Wojciech Hubert śurek, Princeton
Series in Physics, Princeton University Press, Princeton, New Jersey, 1983.
LITERATURA UZUPEŁNIAJĄCA:
[8]. Gottesman D., I.L.Chuang. Demonstrating the viability of universal quantum computation using teleportation
and single-qubit operations. - Nature, v.402, No.25, p. 390-392.
[9] Loss D., DiVincenzo D.P. Quantum computation with quantum dots. - Phys.Rev. A, 1998, v.57, No.1, p.120-126.
[10] DiVincenzo D.P. Two-bit gates are universal for quantum computation. - Phys. Rev.A, 1995, v.51, No.2,
p.1015-1022.
[11]. D. Beckman, A. Chari, S. Devabhaktuni, and John Preskill. Efficient networks for quantum factoring. Phys.
Rev., 1996, v.54, p.1034–1063,
*) niewłaściwe przekreślić – zgodnie z arkuszem planu studiów,
**) podać wybrane nazwy przedmiotów stanowiących wprowadzenie/uzupełnienie do przedmiotu opisywanego, oraz zakres
wiadomości/umiejętności/kompetencji jakie powinien posiadać student przed rozpoczęciem nauki tego przedmiotu;
.............................................................................
.................................................
(Kierownik jednostki organizacyjnej/bezpośredni przełoŜony:
pieczęć/podpis)
(Dziekan Wydziału …………………:
pieczęć/podpis)
3