FI:IA082 Kvantové zpracování informace - Informace o předmětu

IA082 Fyzikální koncepty kvantového zpracování informace

Rozsah

2/0/0. 2 kr. (plus ukončení). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.

Vyučující

doc. Mgr. Mário Ziman, Ph.D. (přednášející)
RNDr. Daniel Reitzner, PhD. (cvičící)

Garance

doc. Mgr. Mário Ziman, Ph.D.
Katedra počítačových systémů a komunikací – Fakulta informatiky
Dodavatelské pracoviště: Katedra počítačových systémů a komunikací – Fakulta informatiky

Rozvrh

Po 17. 2. až Pá 15. 5. St 16:00–17:50 B410

Předpoklady

PV275 Intro to Quantum Programming || SOUHLAS

Omezení zápisu do předmětu

Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.

Mateřské obory/plány

• Analýza a zpracování obrazu (program FI, N-VIZ)
• Aplikovaná informatika (program FI, N-AP)
• Bezpečnost informačních technologií (angl.) (program FI, N-IN)
• Bezpečnost informačních technologií (program FI, N-IN)
• Bioinformatika a systémová biologie (program FI, N-UIZD)
• Bioinformatika (program FI, N-AP)
• Computer Games Development (program FI, N-VIZ_A)
• Computer Graphics and Visualisation (program FI, N-VIZ_A)
• Computer Networks and Communications (program FI, N-PSKB_A)
• Cybersecurity Management (program FI, N-RSSS_A)
• Formální analýza počítačových systémů (program FI, N-TEI)
• Grafický design (program FI, N-VIZ)
• Graphic Design (program FI, N-VIZ_A)
• Hardware Systems (program FI, N-PSKB_A)
• Hardwarové systémy (program FI, N-PSKB)
• Image Processing and Analysis (program FI, N-VIZ_A)
• Informační bezpečnost (program FI, N-PSKB)
• Informační systémy (program FI, N-IN)
• Informatika (angl.) (program FI, D-IN4)
• Informatika (program FI, D-IN4)
• Information Security (program FI, N-PSKB_A)
• Kvantové a jiné neklasické výpočetní modely (program FI, N-TEI)
• Matematická informatika (program FI, B-IN)
• Paralelní a distribuované systémy (program FI, N-IN)
• Počítačová grafika a vizualizace (program FI, N-VIZ)
• Počítačová grafika (program FI, N-IN)
• Počítačové sítě a komunikace (program FI, N-IN)
• Počítačové sítě a komunikace (program FI, N-PSKB)
• Počítačové systémy a technologie (angl.) (program FI, D-IN4)
• Počítačové systémy a technologie (program FI, D-IN4)
• Počítačové systémy (program FI, N-IN)
• Principy programovacích jazyků (program FI, N-TEI)
• Programovatelné technické struktury (angl.) (program FI, N-IN)
• Programovatelné technické struktury (program FI, N-IN)
• Řízení kyberbezpečnosti (program FI, N-RSSS)
• Řízení vývoje služeb (program FI, N-RSSS)
• Řízení vývoje softwarových systémů (program FI, N-RSSS)
• Services Development Management (program FI, N-RSSS_A)
• Služby - výzkum, řízení a inovace (angl.) (program FI, N-AP)
• Služby - výzkum, řízení a inovace (program FI, N-AP)
• Sociální informatika (program FI, B-AP)
• Software Systems Development Management (program FI, N-RSSS_A)
• Software Systems (program FI, N-PSKB_A)
• Softwarové systémy (program FI, N-PSKB)
• Strojové učení a umělá inteligence (program FI, N-UIZD)
• Teoretická informatika (program FI, N-IN)
• Učitelství výpočetní techniky pro střední školy (program FI, N-SS) (2)
• Umělá inteligence a zpracování přirozeného jazyka (program FI, N-IN)
• Vývoj počítačových her (program FI, N-VIZ)
• Zpracování a analýza rozsáhlých dat (program FI, N-UIZD)
• Zpracování obrazu (program FI, N-AP)
• Zpracování přirozeného jazyka (program FI, N-UIZD)

Cíle předmětu

Úvod do kvantové fyziky a kvantového zpracování informace.

Výstupy z učení

Po absolvování tohoto kurzu bude student schopen:
rozumět fyzikálním principum kvantové fyziky;
aplikovat získané znalosti v dalším studiu kvantového spracování informace;
samostatně číst učebnicu kvantové fyziky.

Osnova

• 1. Bezpečnost a počítaní s fotonama - polarizace a polarizátory, Vernamova šifra, protokol B92 pro distribuci kvantového klíče, polarizační dělič svazku, logická operace √NOT
• 2. Kvantová interference a superpozice - Mach-Zenderuv interferometr, koncept kvantového stavu, kvantové pravdepodobnosti a amplitúdy, Hilbertuv prostor a operátory
• 3. Měření kvantových vlasntostí - popis meření (POVM), tomografie polarizace, relace neurčitosti, žádná informace bez narušení systému,
• 4. Atom vodíka - emisní spektrum, Bohruv model, poloha a hybnost, kvantové řešení, Zeemanovy jevy, spin elektronu
• 5. Schrodingerova rovnice - čas a evoluce, unitarní operátory, zachování energie, Hamiltonian, vlastní hodnoty a vlastní funkce
• 6. Kvantový bit - dvouhladinový kvantový systém (polarizace a spin-1/2), Stern-Gerlachovy experimenty, Blochova koule, kolmost a informace, nekopírovací teorém, kvantové NOT hradlo, implementacie kvantových bitu,
• 7. Kvantový zdroje a náhodnost - zmíšené stavy, kvantová komprese, von Neumannova entropie, kapacita bezšumového kvantového kanálu, kvantové zdroje náhodnosti,
• 8. Einstein-Podolski-Rosen paradox - zložený kvantový systém, tenzorový součin, kvantové "řízení", EPR paradox, model lokálně skrytých proměnných, CHSH nerovnosti, experimenty a "loopholes"
• 9. Kvantové Vernamovy šifry - one-time pad, super-dense coding and teleportation
• 10. Kvantové provázaní - korelované a separabilní stavy, definice kvantového provázaní, distilace kvantového provázaní
• 11. Kvantová kryptografie - QKD protokoly BB84, E91, kvantový "bit commitment", kvantové zdílení tajemství,
• 12. Elementární částice - fermiony a bosony, princip nerozlišitelnosti, Higgsuv boson

Literatura

• ZIMAN, Mário. Vybrané kapitoly z kvantové mechaniky. 2004. URL info

Výukové metody

Přednášky

Metody hodnocení

Domácí ukoly a písemná zkouška s možností použití materiálů a poznámek, možnost ústní skouška

Informace učitele

http://quantum.physics.sk/rcqi/index.php?x=fimu_qm

Další komentáře

Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.

• Statistika zápisu (jaro 2020, nejnovější)
  
• Permalink: https://is.muni.cz/predmet/fi/jaro2020/IA082