Předmět: Fyzikální základy kvantových výpočtů

« Zpět
Název předmětu Fyzikální základy kvantových výpočtů
Kód předmětu KFY/FZKV
Organizační forma výuky Přednáška + Cvičení
Úroveň předmětu nespecifikována
Rok studia nespecifikován
Semestr Zimní
Počet ECTS kreditů 3
Vyučovací jazyk Čeština
Statut předmětu nespecifikováno
Způsob výuky Kontaktní
Studijní praxe Nejedná se o pracovní stáž
Doporučené volitelné součásti programu Není
Dostupnost předmětu Předmět je nabízen přijíždějícím studentům
Vyučující
  • Kos Šimon, doc. Mgr. Ph.D.
  • Holeček Miroslav, doc. Dr. RNDr.
  • Nováček Vít, Ing. Ph.D.
  • Očenášek Jan, Ing. Ph.D.
  • Novák Petr, Ing. Ph.D.
  • Cimrman Robert, Ing. Ph.D.
Obsah předmětu
1. Motivace. 2. Úvod, kvantové jevy. 3. Lineární algebra a formalismus bra-ket. 4. Qubit. 5. Kvantové provázání. 6. Fyzikální realizace logických operací. 7. Reverzibilní fyzika. 8. Fyzikální realizace I. 9. Fyzikální realizace II. 10. Kvantové řešení vybraných úloh. 11. Fyzika kvantových výpočtů a algoritmická složitost. 12. Bellova nerovnost.

Studijní aktivity a metody výuky
Samostatná práce studentů, Přednáška, Cvičení
  • Příprava na dílčí test [2-10] - 15 hodin za semestr
  • Kontaktní výuka - 39 hodin za semestr
  • Příprava na zkoušku [10-60] - 25 hodin za semestr
Předpoklady
Odborné znalosti
využít metod lineární algebry
pracovat s komplexními čísly
využít metod teorie pravděpodobnosti
Odborné dovednosti
aplikovat matematické koncepty a techniky při řešení fyzikálních problémů včetně práce s abstraktními pojmy
analyzovat problémy, identifikovat relevantní principy a aplikovat vhodné metody k nalezení řešení
využít znalostí základů programování
Obecné způsobilosti
bc. studium: uplatňuje při řešení problémů vhodné metody a dříve získané vědomosti a dovednosti, kromě analytického a kritického myšlení využívá i myšlení tvořivé s použitím představivosti a intuice,
Schopnost jasně a logicky argumentovat, samostatně studovat, aktivně se zapojovat do výuky a vyvozovat závěry. Ochota přijímat a chápat neintuitivní myšlenky kvantové mechaniky. Pečlivost při výpočtech a přesnost v porozumění pojmům.
Výsledky učení
Odborné znalosti
dvouštěrbinového experimentu v souvislosti s interferencí světla
jevů superpozice a propletení a jejich důsledků oproti klasické fyzice
experimentu s Mach-Zenderovým interferometrem
pravděpodobnosti v kvantové mechanice
matematické definice qubitu a jeho realizace
vektorového popisu kvantových stavů (bra-ket notace)
fyzikální realizace jednoduchých kvantových hradel a několika principů konstrukce kvantových počítačů
principů fungování alespoň některých klíčových kvantových algoritmů (např. Deutschův, Groverův, Shorův) a jejich potenciálních výhod oproti klasickým algoritmům
BB84 protokolu a podstaty EPR paradoxu
konceptu kvantové nadřazenosti a problémů, s nimiž se potýká kvantové počítání
Odborné dovednosti
matematicky popisovat stavy qubitů, kvantové operace a evoluci kvantových systémů pomocí formalismu lineární algebry
vizualizovat a analyzovat stavy jednotlivých qubitů pomocí Blochovy sféry a provádět s nimi operace
navrhovat a analyzovat jednoduché kvantové obvody pro realizaci základních kvantových algoritmů
interpretovat pravděpodobnostní výsledky kvantových měření a spojit je s kvantovým stavem před měřením
diskutovat o hlavních výzvách v oblasti kvantových výpočtů, jako je dekoherence, škálovatelnost a přesnost řízení qubitů
Vyučovací metody
Odborné znalosti
Přednáška založená na výkladu,
Cvičení (praktické činnosti),
Odborné dovednosti
Cvičení (praktické činnosti),
Přednáška založená na výkladu,
Obecné způsobilosti
Přednáška založená na výkladu,
Řešení problémů,
Hodnotící metody
Odborné znalosti
Kombinovaná zkouška,
Test,
Odborné dovednosti
Kombinovaná zkouška,
Test,
Seminární práce,
Individuální prezentace,
Obecné způsobilosti
Kombinovaná zkouška,
Test,
Doporučená literatura
  • Bernhardt, Chris. Quantum Computing for Everyone. 2020. ISBN 9780262539531.


Studijní plány, ve kterých se předmět nachází
Fakulta Studijní plán (Verze) Kategorie studijního oboru/specializace Doporučený ročník Doporučený semestr