Открытое образование

Физические основы квантовых вычислений

  • Начальный уровень
  • Наставник: Нет
  • Сертификат: Есть
  • Формат: Online
  • Рассрочка: Нет
  • Язык: Русский
  • Осталось мест: не ограничено
Записаться

Физические основы квантовых вычислений

Организатор курса: СПбГУ

Уважаемые слушатели, некоторые материалы данного курса доступны для ознакомительного просмотра. Чтобы получить доступ ко всем материалам курса, необходимо оплатить доступ к материалам.

Квантовая информатика и квантовые вычисления – это новый, стремительно развивающийся раздел физики, возникший на стыке квантовой механики, математической физики и классической теории информации. Значительный интерес к этому разделу объясняется большими перспективами, которые откроются при реализации ее идей, захватывающих практически все области человеческой деятельности, относящиеся к передаче, хранению и обработки информации.


Целью настоящего курса является освоение слушателями основных идей квантовой информатики, а также физических законов и математических принципов, лежащих в их основе. Большое внимание уделяется таким явлениям как квантовая запутанность, квантовый параллелизм и квантовая интерференция. Именно эти явления лежат в основе большинства известных квантовых протоколов и алгоритмов, которым посвящены отдельные разделы настоящего курса. В частности, из курса слушатели узнают о квантовой телепортации, квантовых алгоритмах Дойча и Шора, коррекции квантовых ошибок и многом другом.


В результате прохождения курса обучающие смогут овладеть современным математическим аппаратом квантовой механики, используемым в квантовых вычислениях, освоят идеи, лежащие в основе важнейших квантовых логических алгоритмов и протоколов передачи и обработки квантовой информации, научатся решать по данным темам задачи.

Курс создан в рамках Консорциума по Квантовым Технологиям программы государственной поддержки центров НТИ.

Программа обучения
Тема 1. Основные понятия квантовой механики и теории квантовой информации.
  • Квантово-механическое описание физических систем. Вектор состояния. Линейные
  • операторы. Спектральное уравнение. Динамические переменные и наблюдаемые. Кубит.
  • Физические реализации кубита. Кубит как квантовая единица информации. Сфера Блоха.
Тема 2. Статистические аспекты квантовой механики. Чистые и смешанные
  • состояния квантовых систем. Матрица плотности и ее свойства. Системы кубитов.
  • Несепарабельность квантовых систем. Редуцированная матрица плотности.
Тема 3. Квантовая запутанность. Разложение Шмидта. Состояния Белла. ЭПР-
  • парадокс. Неравенства Белла.
Тема 4. Классические и квантовые логические операции. Общие принципы
  • классических вычислений. Простейшие классические вычисления. Принцип Ландауэра.
  • Обратимые вентили. Матрицы Паули. Однокубитовые логические вентили.
  • Контролируемые квантовые логические вентили.
Тема 5. Отличительные особенности квантовых вычислений. Теорема о запрете
  • клонирования. Сверхплотное кодирование. Квантовая телепортация. Эксперимент по
  • квантовой телепортации кубита. Квантовый параллелизм.
Тема 6. Квантовые алгоритмы. Алгоритм Дойча. Алгоритм Дойча-Джозы. Квантовое
  • преобразование Фурье. Алгоритм определения собственного числа. Алгоритм
  • факторизации Шора.
Тема 7. Основы теории коррекции ошибок. Особенности классической теории
  • коррекции ошибок. Классический трехбитовый код. Особенности квантовой теории
  • коррекции ошибок. Трехкубитовый код.