Магистратура
2020/2021
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.
Элементы контроля
- Семинар1Дистанционный формат со 2-го модуля.
- ЭкзаменПреподаватель вправе освободить от прохождения экзамена студентов, с выставлением им во время сессии оценки по промежуточной аттестации, соответствующей накопленной оценке без учёта веса экзамена (то есть сумма весов всех элементов контроля, за исключением экзамена, приравнивается к единице). Преподаватель объявляет свое решение не позднее, чем на последнем занятии до экзамена. Для объявления оценок могут быть использованы официальные каналы передачи информации, используемые в процессе обучения. По желанию студентов, они могут отказаться от выставления оценки без проведения экзамена и сдать его, о чем сообщают преподавателю не позднее последнего занятия. Экзамен проводится в устной форме (опрос по материалам курса) онлайн по ссылке https://meet.google.com/lookup/hla4mjtu5p. К экзамену необходимо подключиться согласно расписанию или по предварительной договоренности с преподавателем. Компьютер студента должен удовлетворять требованиям: наличие рабочей камеры и микрофона, поддержка онлайн платформы. Для участия в экзамене студент обязан: поставить на аватар свою фотографию, явиться на экзамен согласно расписанию, при ответе включить камеру и микрофон. Во время экзамена студентам запрещено: выключать камеру, пользоваться конспектами и подсказками. Кратковременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение связи менее минуты. Долговременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение более одной минуты. При долговременном нарушении связи студент не может продолжить участие в экзамене. Процедура пересдачи подразумевает использование усложненных заданий.
- Семинар2Дистанционный формат со 2-го модуля.
