Магистратура
2019/2020
Квантовые компьютеры и квантовые коммуникации
Статус:
Курс по выбору (Материалы. Приборы. Нанотехнологии)
Направление:
11.04.04. Электроника и наноэлектроника
Кто читает:
Департамент электронной инженерии
Когда читается:
2-й курс, 1, 2 модуль
Формат изучения:
без онлайн-курса
Прогр. обучения:
Материалы. Приборы. Нанотехнологии
Язык:
русский
Кредиты:
3
Контактные часы:
26
Программа дисциплины
Аннотация
Курс направлен на развитие у магистрантов профессиональных компетенций и навыков самостоятельной исследовательской работы в области моделирования и исследования квантовых технологий передачи и обработки информации. Рассматриваются следующие основные вопросы: 1. Квантовая теория и классическая теория информации; 2. Квантовые вычисления. Квантовые системы. Понятие кубита; 3. Квантовые преобразования; 4. Квантовая криптография; 5. Шум и перехват информации в канале квантового распределения ключа. Оптическая реализация систем квантовой криптографии; 6. Детектирование одиночных фотонов. Сверхпроводниковый однофотонный детектор в системах квантовой криптографии. На семинарах студенты обсуждают вопросы, связанные с основными принципами создания квантового компьютера, кубитами и их основными свойствами, управлением кубитом при помощи электро-магнитных полей, изучают операторы поворота вектора Блоха. Знакомятся с экспериментальной реализацией квантового компьютера, перепутанными состояниями и квантовой телепортацией. При обучении предусмотрен контроль знаний студентов в виде учета активности студентов на семинаре и экзамена.
Цель освоения дисциплины
- Целями освоения дисциплины «Квантовые компьютеры и квантовые коммуникации» являются развитие у магистрантов профессиональных компетенций и навыков самостоятельной исследовательской работы в области моделирования и исследования квантовых технологий передачи и обработки информации.
Планируемые результаты обучения
- Знает основные понятия теории информации.
- Умеет пользоваться своими знаниями для решения фундаментальных и прикладных задач.
- Знает основные понятия теории квантовых вычислений.
- Умеет описывать основные квантовые системы.
- Владеет навыками освоения большого объема информации.
- Знает основные квантовые преобразования.
- Умеет делать правильные выводы из сопоставления результатов теории и эксперимента.
- Владеет методикой анализа и использования квантовых схем.
- Знает основы построения систем квантовой криптографии.
- Умеет использовать полученные знания для описания конкретных схем создания перепутанных состояний.
- Знает основные сведения о реализации канала квантового распределения секретного ключа.
- Умеет представлять полученные знания о реализации квантовых систем в научном докладе.
- Знает основные методы детектирования одиночных фотонов.
- Умеет представлять полученные знания о сверхпроводниковых однофотонных детекторах как элементах систем квантовой криптографии.
Содержание учебной дисциплины
- Тема 1. Квантовая теория и классическая теория информации.Введение: необходимые сведения из квантовой теории и классической теории информации. Теорема Шеннона.
- Тема 2. Квантовые вычисления. Квантовые системы. Понятие кубита.Квантовые вычисления. Квантовые системы. Понятие кубита. Квантовые преобразования Фурье и его приложения. Квантовый алгоритм поиска. Перепутанные состояния. Квантовая телепортация как новый информационный ресурс. Квантовые компьютеры и их реализация.
- Тема 3. Квантовые преобразования.Квантовая информация. Квантовый шум и квантовые преобразования. Меры различия квантовой информации. Исправление квантовых ошибок. Энтропия и информация. Квантовая теория информации.
- Тема 4. Квантовая криптография.Квантовая криптография. Квантовое распределение ключа. Протоколы квантового распределения ключа.
- Тема 5. Шум и перехват информации в канале квантового распределения ключа. Оптическая реализация систем квантовой криптографии.Шум и перехват информации в канале квантового распределения ключа. Оптическая реализация систем квантовой криптографии. Среды распространения фотонов. Источники одиночных фотонов.
- Тема 6. Детектирование одиночных фотонов. Сверхпроводниковый однофотонный детектор в системах квантовой криптографии.Детектирование одиночных фотонов. Сверхпроводниковый однофотонный детектор в системах квантовой криптографии. Типы кодирования. Поляризационное и фазовое кодирование. Квантовая память и повторители. Повторитель на NV+13C центрах. Создание перепутанных состояний.
