Научно-исследовательский семинар "Квантовая информатика"

Магистратура 2019/2020

Статус: Курс по выбору (Физика)

Направление: 03.04.02. Физика

Кто читает: Базовая кафедра квантовых технологий Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН

Где читается: Факультет физики

Когда читается: 1-й курс, 3, 4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Ельцов Константин Николаевич

Прогр. обучения: Физика

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 40

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Целями НИС «Квантовая информатика» являются: - развитие навыков проведения профессиональной, в том числе научно-исследовательской деятельности в международной среде; - формирование навыков задавать и транслировать правовые и этические нормы в профессиональной и социальной деятельности, способности определять, транслировать общие цели в профессиональной и социальной деятельности; - формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием современных инструментов, методов получения и обработки данных в области квантовой информатики; - развитие умений, основанных на полученных знаниях, позволяющих получать ограничения на параметры излучения астрофизических объектов и их природу, используя результаты различных астрономических наблюдений; - получение студентами навыков самостоятельной исследовательской работы с использованием специфических методов экспериментальной физики; - получение практических навыков использования умений, позволяющих развивать качественные и количественные физические модели квантовой информатики.

Цель освоения дисциплины

развитие навыков проведения профессиональной, в том числе научно-исследовательской деятельности в международной среде;
формирование навыков задавать и транслировать правовые и этические нормы в профессиональной и социальной деятельности, способности определять, транслировать общие цели в профессиональной и социальной деятельности;
формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием современных инструментов, методов получения и обработки данных в области квантовой информатики;
развитие умений, основанных на полученных знаниях, позволяющих получать ограничения на параметры излучения астрофизических объектов и их природу, используя результаты различных астрономических наблюдений;
получение студентами навыков самостоятельной исследовательской работы с использованием специфических методов экспериментальной физики;
получение практических навыков использования умений, позволяющих развивать качественные и количественные физические модели квантовой информатики.
Научно-исследовательский семинар является одной из форм сквозной организации научно-исследовательской работы магистрантов в течение всего времени обучения, создающей условия для формирования компетенций комплексного применения знаний и навыков, получаемых в ходе обучения по всем другим дисциплинам программы, в процессе создания магистерской диссертации. Работа в НИС должна давать магистранту начальный опыт деятельности в профессиональном сообществе. Для полноценной работы в семинаре магистранты должны владеть знаниями, навыками и компетенциями всех дисциплин учебного плана программы (по мере их изучения). Логическим продолжением научно-исследовательского семинара выступает проект по тематике Базовой кафедры и научно-исследовательского семинара. Проект, также как и НИС, относится к Блоку 2 «Практики, проектная и/или научно-исследовательская работа» учебного плана образовательной программы. Материалы проектной работы могут быть использованы при выполнении части ВКР. Проект носит характер научного исследования. Основные задачи проекта: - применение полученных теоретических знаний при решении конкретных задач по направлению подготовки; - стимулирование навыков самостоятельной исследовательской и аналитической работы; - презентация навыков публичной дискуссии и защиты результатов проектной работы, предложений и рекомендаций. Проектная работа регулируется Положением о проектной, научно-исследовательской деятельности и практиках студентов Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики».

Планируемые результаты обучения

получен практический навык использования умений, позволяющих развивать качественные и количественные физические модели квантовой информатики
пользуется полученными знаниями для решения экспериментальных и теоретических задач, делает качественные выводы при получении новых результатов исследований, производит оценки параметров и характеристик
решает исследовательские задачи на применение изученных моделей

Содержание учебной дисциплины

Квантовая криптография в волоконных системах
Однофотонные детекторы: ФЭУ, лавинные фотодиоды, сверхпроводящие детекторы. Исследование квантовых генераторов случайных чисел, основанных на различных статистиках статистике квантовых фотоотчётов: Различные типы квантовых генераторов случайных чисел, методов экстракции истинно случайных последовательностей, а также выяснить предельные возможности по скорости генерации в зависимости от различных группировок фотоотсчетов. Исследование атак на протоколы квантовой криптографии с распределенным кодированием: Условия криптографической стойкости систем квантовой криптографии с распределенным кодирование на примере протоколов DPS (Differential Phase Shift) и COW (Coherent One Way).
Квантовая криптография по открытому пространству
Исследование квантовых систем с высокой размерностью пространства состояний для целей квантовой криптографии в открытом пространстве. Разработка протоколов квантовой криптографии для открытого пространства, использующих высокоразмерные состояния излучения, а также исследование криптостойкости таких систем.
Холодные атомы и ионы в ловушках
Методы охлаждения и удержания атомов рубидия. Эксперименты с холодными ионами в квадрупольных ловушках. Квантовые вычисления на основе холодных ионов в ловушках: лазерное охлаждение и захват одиночных ионов, приготовление и измерение состояний, реализация однокубитных и двухкубитных вентилей. Перспективы масштабируемости системы, основные экспериментальные задачи. Квантовые вычисления на основе нейтральных атомов в оптических ловушках: основные типы ловушек, характерные времена когерентности и инициализация начального состояния, способы реализации одно- и двухкубитных логических вентилей. Перспективы масштабируемости системы, основные экспериментальные задачи. Линейно-оптические квантовые вычисления: вероятностные линейно-оптические двухкубитные вентили, модель KLM. Кластерная модель квантовых вычислений. Реализация кластерной модели в линейно-оптических вычислениях.
Создание элементов квантового компьютера из отдельных атомов примеси в полупроводниковой матрице.
Методы создания, основанные на современных планарных нанотехнологиях электроники. Имплантация примесных атомов. Методы постановки отдельных атомов примеси , основанные на электронно-симулированных локальных реакциях. Реализация на поверхности кремния методами сканирующей зондовой микроскопии.

Элементы контроля

Домашнее задание
Устный доклад

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (4 модуль)
0.7 * Домашнее задание + 0.3 * Устный доклад

Программа дисциплины