Kvantna računala

Prikazani su podaci za akademsku godinu: 2024./2025.

Nositelji

Izv. prof. dr. sc.
Saša Ilijić

Auditorne vježbe

Izv. prof. dr. sc.
Saša Ilijić

Opis predmeta

Uvod u kvantnu mehaniku s osvrtom na potrebne pojmove iz linearne algebre. Diracova notacija. Razlika između klasičnog i kvantnog bita i prikaz stanja kvantnog bita na Blochovoj sferi. Kvantna enkripcija: protokol za razmjenu tajnog ključa BB84. Spregnutost stanja u kvantnom sustavu. Unitarnost kvantne mehanike i evolucija kvantnog stanja u vremenu. Kvantna vrata i kvantni algoritmi: Deutschev algoritam, Shorov algoritam za faktorizaciju i Groverov algoritam za pretragu. Pregled tehnologija koje predstavljaju kandidate za fizičku realizaciju kvantnog računala: polarizacija fotona, nuklearna magnetska rezonancija, ionske zamke, neutralni atomi, Supravodljivi Josephsonov spoj i kvantne točke.

Preduvjeti

Poznavanje gradiva predmeta Fizika (jednadžbe gibanja, elektromagnetski val, polarizacija) i Linearna algebra (vektorski prostor, svojstvene vrijednosti i svojstveni vektori operatora).

Studijski programi

Sveučilišni preddiplomski
[FER3-HR] Elektrotehnika i informacijska tehnologija - studij
Izborni predmeti (5. semestar)
[FER3-HR] Računarstvo - studij
Izborni predmeti (5. semestar)
Sveučilišni diplomski
[FER3-HR] Audiotehnologije i elektroakustika - profil
Izborni predmeti (3. semestar)
[FER3-HR] Automatika i robotika - profil
Izborni predmeti (3. semestar)
[FER3-HR] Elektroenergetika - profil
Izborni predmeti (3. semestar)
[FER3-HR] Elektroničko i računalno inženjerstvo - profil
Izborni predmeti (3. semestar)
[FER3-HR] Elektronika - profil
Izborni predmeti (3. semestar)
[FER3-HR] Elektrostrojarstvo i automatizacija - profil
Izborni predmeti (3. semestar)
[FER3-HR] Informacijsko i komunikacijsko inženjerstvo - profil
Izborni predmeti (3. semestar)
[FER3-HR] Komunikacijske i svemirske tehnologije - profil
Izborni predmeti (3. semestar)
[FER3-HR] Programsko inženjerstvo i informacijski sustavi - profil
Izborni predmeti (3. semestar)
[FER3-HR] Računalno inženjerstvo - profil
Izborni predmeti (3. semestar)
[FER3-HR] Računalno modeliranje u inženjerstvu - profil
Izborni predmeti (3. semestar)
[FER3-HR] Računarska znanost - profil
Izborni predmeti (3. semestar)
[FER3-HR] Znanost o mrežama - profil
Izborni predmeti (1. semestar) (3. semestar)
[FER3-HR] Znanost o podacima - profil
Izborni predmeti (3. semestar)
[FER2-HR] Automatika - profil
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (1. semestar)
[FER2-HR] Bežične komunikacijske tehnologije - profil
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (1. semestar)
[FER2-HR] Elektroenergetika - profil
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (1. semestar)
[FER2-HR] Elektroničko i računalno inženjerstvo - profil
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (1. semestar)
[FER2-HR] Elektronika - profil
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (1. semestar)
[FER2-HR] Elektrotehnički sustavi i tehnologija - profil
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (1. semestar)
[FER2-HR] Obradba informacija - profil
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (1. semestar)
[FER2-HR] Programsko inženjerstvo i informacijski sustavi - profil
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (1. semestar)
[FER2-HR] Računalno inženjerstvo - profil
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (1. semestar)
[FER2-HR] Računarska znanost - profil
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (1. semestar)
[FER2-HR] Telekomunikacije i informatika - profil
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (1. semestar)

Ishodi učenja

  1. objasniti načela kvantne mehanike
  2. primijeniti Diracovu notaciju u jednostavnim kvantnomehaničkim računima
  3. prikazati stanje kvantnog bita na Blochovoj sferi
  4. opisati protokol za razmjenu tajnog ključa BB84
  5. objasniti pojam spregnutosti u kvantnom sustavu
  6. opisati Deutschov i Shorov kvantni algoritam
  7. navesti osnovne značajke tehnologija kandidata za fizičku realizaciju kvantnog računala

Oblici nastave

Predavanja

Objašnjavaju se svi koncepti potrebni za razumijevanje gradiva.

Auditorne vježbe

Na ploči se raspisuju primjeri i rješavaju jednostavni računski zadaci.

Mješovito e-učenje

Domaće zadaće u sustavu Moodle

Način ocjenjivanja

Kontinuirana nastava Ispitni rok
Vrsta provjere Prag Udio u ocjeni Prag Udio u ocjeni
Domaće zadaće 0 % 20 % 0 % 20 %
Međuispit: Pismeni 0 % 40 % 0 %
Završni ispit: Pismeni 0 % 40 %
Ispit: Pismeni 0 % 80 %

Tjedni plan nastave

  1. Uvod u kvantne pojave: polarizacija svjetlosti, Malusov zakon, vjerojatnost, amplituda vjerojatnosti i interferencija, kvantni bit
  2. Primjer: Kvantni protokol za uspostavu enkripcijskog ključa BB84
  3. Načela kvantne mehanike: Prikaz stanja vektorom u kompleksnom Hilbertovom prostoru, Bornovo pravilo i mjerenje, Unitarnost evolucije stanja, Schroedingerova jednadžba
  4. Prikaz stanja i operatora matricama
  5. Prikaz stanja kvantnog bita na Blochovoj sferi, realizacija kvantnog bita projekcijom spina 1/2.
  6. Složeni sustavi: čista i miješana stanja, spregnutost, operator stanja (matrica gustoće)
  7. Primjeri: teleportacija, gusto kodiranje
  8. Međuispit
  9. Reverzibilnost kvantnog logičkog kruga i reverzibilnost klasičnih logičkih operatora
  10. Kvantna logička vrata (operatori): Paulijeva vrata X, Y i Z, vrata R, S i T, Haddamardova vrata, SWAP operator, upravljana NOT vrata i općenita upravljana vrata, vrata Toffolija i Fredkina, korisni identiteti
  11. Algoritmi Deutscha i Deutsch-Jozsae, implementacija u IBM QX
  12. Groverov algoritam za pretragu nestrukturirane baze podataka, implementacija u IBM QX
  13. Kvantna Fourierova transformacija i Shorov algoritam, implementacija u IBM QX
  14. Fizička realizacija kvantnog računala: Kriteriji DiVicenza, fotonički sustavi, supravodljivi Josepshonov spoj, kvantne točke, nuklearna magnetska rezonancija
  15. Završni ispit

Literatura

Michel Le Bellac (2006.), A Short Introduction to Quantum Information and Quantum Computation, Cambridge University Press
Michael A. Nielsen, Isaac L. Chuang (2010.), Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press
Saša Ilijić (.), Kvantna računala: fizika, informacija i algoritmi (skripta u pripremi),

Izvedba

ID 183402
  Zimski semestar
5 ECTS
R1 Engleski jezik
R1 E-učenje
45 Predavanja
0 Seminar
15 Auditorne vježbe
0 Laboratorijske vježbe
0 Konstrukcijske vježbe
0 Vježbe tjelesnog odgoja

Ocjenjivanje

85 izvrstan
75 vrlo dobar
65 dobar
55 dovoljan

Sličan predmet