Квантовые технологии. Экспериментальные реализации квантовых вычислений

2023/2024

Учебный год

RUS

Обучение ведется на русском языке

6

Кредиты

Кто читает:

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

Статус:

Курс обязательный

Когда читается:

1-й курс, 3, 4 модуль

Преподаватель

Кравцов Константин Сергеевич

Программа дисциплины

Аннотация

Целями освоения дисциплины «Квантовые технологии. Экспериментальные реализации квантовых вычислений» являются: • формирование базовых знаний в области квантовых технологий как дисциплины, интегри-рующей общефизическую и общетеоретическую подготовку физиков и обеспечивающей технологические основы современных инновационных сфер деятельности; • ознакомление с физическими основами квантовых технологий, с методами моделирования и экспериментальных реализаций в этой области; • формирование у студентов подходов к исследованиям в области квантовых технологий в рамках выпускных работ на степень магистра.

Цель освоения дисциплины

• формирование базовых знаний в области квантовых технологий как дисциплины, интегрирующей общефизическую и общетеоретическую подготовку физиков и обеспечивающей технологические основы современных инновационных сфер деятельности;
• ознакомление с физическими основами квантовых технологий, с методами моделирования и экспериментальных реализаций в этой области;
• формирование у студентов подходов к исследованиям в области квантовых технологий в рамках выпускных работ на степень магистра.

Планируемые результаты обучения

• умеет решать задачи на данную тему
• знает : Квантовые компьютеры и квантовые вычисления. Основные экспериментальные модели квантовых вычислений
• знает : Основные понятия теории вычислительной сложности. Классы сложности P и NP, NP-полнота. Вероятностные алгоритмы и класс BPP. Задачи подсчета количества решений, класс #P. BosonSampling.
• знает : примеры задач и физические системы, используемые для симуляции. Примеры: модель Бозе-Хаббарда для атомов в оптических решетках, экспериментальная симуляция уравнения Дирака.
• знает разработка и создание новых материалов и базовых элементов для задач квантовой обработки информации, включая фотонные материалы, структуры и световодные системы для генерации специальных квантовых состояний света

Содержание учебной дисциплины

• Основы теории квантовых вычислений
• Квантовые компьютеры и квантовые вычисления. Основные экспериментальные модели квантовых вычислений ч.1
• Квантовые компьютеры и квантовые вычисления. Основные экспериментальные модели квантовых вычислений ч.2
• Квантовые симуляторы.

Элементы контроля

• Самостоятельная работа
  предусматривает три самостоятельные работы, выполняемые в течение курса. Самостоятельная работа включает письменное решение двух-трех задач в билете по темам пройденного материала в течение 1 часа. Возможны дополнительные проверочные работы в течение курса.
• Экзамен
  Итоговый контроль - экзамен в конце 2-го модуля. Проводится устно в формате беседы по программе курса. Билет содержит 2 вопроса.

Промежуточная аттестация

• 2023/2024 учебный год 4 модуль
  0.5 * Самостоятельная работа + 0.5 * Экзамен

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Imai, H., & Hayashi, M. (2006). Quantum Computation and Information : From Theory to Experiment. Berlin: Springer. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=170875
• Klaus Petritsch. (2019). Quantum Information Science : The New Frontier in Quantum Computation, Secure Communication, and Sensing. [N.p.]: Arcler Press. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=2013956
• Samuel J. Lomonaco, J., & Howard E. Brandt. (2011). Quantum Computation and Information. [N.p.]: AMS. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=974773

Рекомендуемая дополнительная литература

• A. Bermudez, X. Xu, R. Nigmatullin, J. O’Gorman, V. Negnevitsky, P. Schindler, … M. Müller. (2017). Assessing the Progress of Trapped-Ion Processors Towards Fault-Tolerant Quantum Computation. https://doi.org/10.1103/PhysRevX.7.041061
• An, D., & Lin, L. (2019). Quantum linear system solver based on time-optimal adiabatic quantum computing and quantum approximate optimization algorithm. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsarx&AN=edsarx.1909.05500
• Aspuru-Guzik, A., & Walther, P. (2012). Photonic quantum simulators. Nature Physics, 8(4), 285–291. https://doi.org/10.1038/nphys2253
• Ch Schneider, Diego Porras, & Tobias Schaetz. (2012). Experimental quantum simulations of many-body physics with trapped ions. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.5A2DE184
• Georgescu, I. (2012). Quantum simulation: Toy model. Nature Physics, 8(6), 444. https://doi.org/10.1038/nphys2340
• Georgescu, I. M., Ashhab, S., & Nori, F. (2013). Quantum Simulation. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.DF75F3F1
• Kimble, H. J. (2008). The quantum internet. Nature, 453(7198), 1023–1030. https://doi.org/10.1038/nature07127
• Krovi Hari. (2017). Models of optical quantum computing. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.C03D18C3
• Lan, Z. (2012). Quantum simulations with ultracold quantum gases. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.5D8A0CAF
• Lund, A. P., Bremner, M. J., & Ralph, T. C. (2017). Quantum Sampling Problems, BosonSampling and Quantum Supremacy. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.FC65F2E7
• Pieter Kok, W. J. Munro, Kae Nemoto, T. C. Ralph, Jonathan P. Dowling, & G. J. Milburn. (n.d.). Linear optical quantum computing with photonic qubits. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.5C5494AF
• Saffman, M. (2016). Quantum computing with atomic qubits and Rydberg interactions: Progress and challenges. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.B76F512B
• Schoelkopf, R. J., & Girvin, S. M. (2008). Wiring up quantum systems. Nature, 451(7179), 664–669. https://doi.org/10.1038/451664a
• Wendin, G. (2016). Quantum information processing with superconducting circuits: a review. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.24955B3A
• Wineland, D. J., Leibfried, D., Barrett, M. D., Ben-Kish, A., Bergquist, J. C., Blakestad, R. B., … Seidelin, S. (2005). Quantum control, quantum information processing, and quantum-limited metrology with trapped ions. https://doi.org/10.1142/9789812701473_0040
• Zoller, P., Cirac, J. I., Duan, L., & Garcia-Ripoll, J. J. (2004). Implementing quantum information processing with atoms, ions and photons. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.F15B59E2