FYSS5403 Johdanto kvanttilaskentaan (5 op)

Opinnon taso:
Syventävät opinnot
Arviointiasteikko:
0-5
Suorituskieli:
englanti
Vastuuorganisaatio:
Fysiikan laitos
Opetussuunnitelmakaudet:
2020-2021, 2021-2022, 2022-2023, 2023-2024

Kuvaus

  • Definition of quantum bits (qubits), quantum computation

  • Single- and two-qubit quantum gates and universal gate sets

  • Quantum parallelism and no-cloning theorem

  • Bell states and few-qubit algorithms (Quantum cryptography, Dense coding, Quantum teleportation)

  • Quantum algorithms providing the speedup over classical ones (Deutsch, Bernstein-Vazirani and Simon problems, Grover’s and Shor’s algorithms)

  • Quantum error correction, density operator and decoherence

  • Designing and implementing quantum programs using IBM Q Experience

  • Basic hardware components of different quantum computing platforms

  • State-of-the art and future of quantum computing 

Osaamistavoitteet

Kurssin käytyään opiskelija ymmärtää kvanttilaskennan tavoitteet ja menetelmät ja osaa suunnitella ja toteuttaa kvanttialgoritmeja käyttäen IBM Q Experience – online alustaa. Opiskelija tuntee kubittien eri toteutustavat ja materiaalit, ja saa yleiskuvan kvanttilaskennan nykytilasta.

Kurssin lopussa opiskelija osaa

• Kertoa klassisen bitin ja kvanttibitin eron

• Selittää mikä on kvanttitietokone

• Tietää yhden- ja kahden kubitin logiikkaportit ja osaa selittää universaalin porttijoukon käsitteen

• Tuntee kvanttikryptografian, tiheän koodauksen ja kvanttiteleportaation käsitteet, ja tietää

niiden matemaattiset perusteet

• Nimetä ja selittää kvanttialgoritmit joiden tiedetään tuottavan nopeusetua klassisiin algoritmeihin verrattuna kuten Deutschin, Bernstein-Vaziranin ja Simonin ongelmat sekä Groverin hakualgoritmi ja Shorin algoritmi lukujen jakamiseen alkutekijöihinsä

• Tietää Shorin algorithmin ja RSA salauksen purkamisen yhteyden

• Tietää mitkä tekijät aikaansaavat virheitä kvanttilaskennassa, miksi virheet ovat tärkeitä ja miten kvanttivirheenkorjaus toimii

• Suunnitella ja ajaa kvanttiohjelmia IBM Q Experience online –alustalla jossa voi käyttää sekä simulaatio että oikeita kvanttikoneita. Tuntee qiskit ohjelmointialustan.

• Tuntee erilaiset materiaalialustat toteuttaa kvanttitietokoneita 

Esitietojen kuvaus

Linear algebra and basic quantum mechanics courses will be helpful but not necessary.

Oppimateriaalit

Kirjallisuus

  • Quantum Computer Science: An Introduction by N. David Mermin, Cambridge University Press, 2007
  • Quantum computing: From linear algebra to physical realizations by M. Nakahara and T. Ohmi, 2008, CRC Press
  • Nielsen&Chuang, Quantum Computing and Quantum Information, Cambridge University Press, 2000

Suoritustavat

Tapa 1

Kuvaus:
Joka toinen vuosi syksyisin, alkaen 2020.
Arviointiperusteet:
Exercises and group work (e.g. exercises 80 %, group work 20 %)
Opetusajankohta:
Periodi 1, Periodi 2
Valitaan kaikki merkityt osat
Suoritustapojen osat
x

Osallistuminen opetukseen (5 op)

Tyyppi:
Osallistuminen opetukseen
Arviointiasteikko:
0-5
Arviointiperusteet:
Exercises and group work (e.g. exercises 80 %, group work 20 %)
Suorituskieli:
englanti
Työskentelytavat:
  • Lectures, exercises, group work.

  • Exercises and a group work on the projects based either on the experiments with qubit devices through IBM cloud or the literature survey. 

Ei julkaistua opetusta