FI:IA066 Intro to Quantum Computing - Informace o předmětu
IA066 Introduction to Quantum Computing
Fakulta informatikypodzim 2024
- Rozsah
- 2/1/0. 3 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučováno kontaktně - Vyučující
- prof. RNDr. Antonín Kučera, Ph.D. (přednášející)
RNDr. Vít Musil, Ph.D. (přednášející) - Garance
- prof. RNDr. Antonín Kučera, Ph.D.
Katedra teorie programování – Fakulta informatiky
Dodavatelské pracoviště: Katedra teorie programování – Fakulta informatiky - Rozvrh
- Út 24. 9. až Út 17. 12. Út 14:00–15:50 B410
- Rozvrh seminárních/paralelních skupin:
- Předpoklady
- Linear algebra in a complex field; No knowledge of quantum physics is assumed.
- Omezení zápisu do předmětu
- Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
- Mateřské obory/plány
- Analýza a zpracování obrazu (program FI, N-VIZ)
- Bioinformatika a systémová biologie (program FI, N-UIZD)
- 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)
- Computing Technology and Methodology (program FI, D-INF_A)
- Cybersecurity Management (program FI, N-RSSS_A)
- Diskrétní algoritmy a modely (program FI, N-TEI)
- Formální analýza počítačových systémů (program FI, N-TEI)
- Fundamentals of Computer Science (program FI, D-INF_A)
- Fundamenty informatiky (program FI, D-INF)
- 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)
- Information Security (program FI, N-PSKB_A)
- Kvantové a jiné neklasické výpočetní modely (program FI, N-TEI)
- Nasazení a provoz softwarových systémů (program FI, N-SWE)
- Návrh a vývoj softwarových systémů (program FI, N-SWE)
- Počítačová grafika a vizualizace (program FI, N-VIZ)
- Počítačové sítě a komunikace (program FI, N-PSKB)
- Principy programovacích jazyků (program FI, N-TEI)
- 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)
- Software Systems Development Management (program FI, N-RSSS_A)
- Softwarové systémy (program FI, N-PSKB)
- Strojové učení a umělá inteligence (program FI, N-UIZD)
- Technologie a metodologie počítačových systémů (program FI, D-INF)
- Učitel informatiky a správce sítě (program FI, N-UCI)
- Učitelství informatiky pro střední školy (program FI, N-UCI) (2)
- Vývoj počítačových her (program FI, N-VIZ)
- Zpracování a analýza rozsáhlých dat (program FI, N-UIZD)
- Zpracování přirozeného jazyka (program FI, N-UIZD)
- Cíle předmětu
- The course introduces students to the core principles of quantum mechanics as applied to computing. Initially, we confront our classical expectations with quantum surprises through experiments to discover fundamental phenomena such as superposition, interference and measurement. We then establish a mathematical framework to underpin these concepts. Students will learn about basic concepts and methods used in quantum computing as well as famous key algorithms that offer advantages over classical computing. The course aims to provide theoretical knowledge and skills, preparing students for advanced studies or careers in quantum technologies. In contrast to popularization lectures, the focus is on understanding the mathematical rigour.
- Výstupy z učení
- After completing the course, students will be able to understand:
- the mathematical foundations of quantum computing
- basic principles of quantum algorithm design
- basic quantum circuit design
- basic elements of quantum cryptography
- Grover's search and Shor's period-finding algorithms - Osnova
- Introduction: What is quantum computing, and why look at it.
- Classical expectations & quantum surprises: Demonstration of experiments with spinning neutrons in a magnetic field; Building a formal model, discussion of measurement, unavoidable complexity.
- Superposition: Introducing 'signed' probabilities; Constructive and destructive interference.
- Postulates of quantum mechanics: State space; Qbit and its measurement (Born rule); The evolution of a quantum system.
- Operations on a Qbit: Properties of unitary transforms; Quantum gates and circuits; I, H, X, Z gates.
- Protocols using one Qbit: Quantum key distribution (BB84); Bit commitment.
- Composite systems: Tensor product and entanglement; Measurement revisited, Generalized Born rule.
- Operations on Qbits: Unitary transforms, Product and entanglement gates, CNOT; Postulates revisited; No cloning theorem;
- Dense coding & Teleportation: Bell basis and duality;
- Reversible computation of a Boolean function: Unitary implementation of any function; Quantum parallelism; Phase query;
- Protocols using a few Qbits: Deutsch's problem'; Bernstein-Vazirani problem; Simon's problem.
- Grover's Search algorithm
- Shor's factoring algorithm: Discrete Fourier transform; Period finding.
- Literatura
- doporučená literatura
- MERMIN, N. David. Quantum computer science : an introduction. 1st pub. New York, N.Y.: Cambridge University Press, 2007, xiii, 220. ISBN 9780521876582. info
- neurčeno
- GRUSKA, Jozef. Quantum computing. London: McGraw-Hill Companies, 1999, xv, 439. ISBN 0077095030. info
- Výukové metody
- Lectures and tutorials
- Metody hodnocení
- Written test, oral exam.
- Vyučovací jazyk
- Angličtina
- Další komentáře
- Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
- Statistika zápisu (nejnovější)
- Permalink: https://is.muni.cz/predmet/fi/podzim2024/IA066