Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Fundamentals of quantum computations
Course of study:
2016/2017
Code:
JFT-2-055-s
Faculty of:
Physics and Applied Computer Science
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Technical Physics
Semester:
0
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
prof. dr hab. Adamowski Janusz (adamowski@fis.agh.edu.pl)
Academic teachers:
prof. dr hab. Adamowski Janusz (adamowski@fis.agh.edu.pl)
prof. dr hab. Adamowski Janusz (adamowski@fis.agh.edu.pl)
Module summary

Wprowadzenie studentów do obliczeń kwantowych. Wymagana jest znajomość podstawowych algorytmów kwantowych i ich możliwej realizacji fizycznej. Wprowadzenie do kryptografii kwantowej.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Student potrafi konstruktywnie współpracować w ramach zespołu w celu wspólnego przygotowania referatu. FT2A_K03, FT2A_K04 Activity during classes,
Scientific paper
Skills
M_U001 Student umie zdefiniować kubit oraz najważniejsze operacje logiczne na kubitach pojedynczych i podwójnych. Student umie opracować schemat blokowy wybranego algorytmu kwantowego. Student umie opracować schemat blokowy wybranej kwantowej metody przesyłania klucza szyfrującego. FT2A_U07, FT2A_U14 Activity during classes,
Scientific paper,
Participation in a discussion
Knowledge
M_W001 Student zna podstawowe algorytmy kwantowe. FT2A_W05, FT2A_W10, FT2A_W01 Activity during classes,
Project
M_W005 Student zna postulaty mechaniki kwantowej oraz podstawowe pojęcia z zakresu obliczeń kwantowych. Student zna pojęcie korelacji kwantowej i stanów splątanych. Student zna najważniejsze algorytmy kwantowe. Student zna realizacje fizyczne kubitów oraz ograniczenia w ich zapisie i przetwarzaniu. FT2A_W05, FT2A_W02, FT2A_W12 Activity during classes,
Examination,
Scientific paper,
Participation in a discussion
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Student potrafi konstruktywnie współpracować w ramach zespołu w celu wspólnego przygotowania referatu. - - - - - + - - - - -
Skills
M_U001 Student umie zdefiniować kubit oraz najważniejsze operacje logiczne na kubitach pojedynczych i podwójnych. Student umie opracować schemat blokowy wybranego algorytmu kwantowego. Student umie opracować schemat blokowy wybranej kwantowej metody przesyłania klucza szyfrującego. - - - - - + - - - - -
Knowledge
M_W001 Student zna podstawowe algorytmy kwantowe. - - - - - - - - - - -
M_W005 Student zna postulaty mechaniki kwantowej oraz podstawowe pojęcia z zakresu obliczeń kwantowych. Student zna pojęcie korelacji kwantowej i stanów splątanych. Student zna najważniejsze algorytmy kwantowe. Student zna realizacje fizyczne kubitów oraz ograniczenia w ich zapisie i przetwarzaniu. + - - - - - - - - - -
Module content
Lectures:

1. Wprowadzenie do obliczeń kwantowych
2. Postulaty mechaniki kwantowej w języku macierzy gęstości
3. Bity i kubity
4. Kwantowe operacje logiczne
5. Korelacje kwantowe, stany splątane
6. Algorytmy kwantowe
7. Teleportacja kwantowa
8. Kryptografia kwantowa
9. Rozpad i dekoherencja kubitów
10. Kryteria realizowalności fizycznej obliczeń kwantowych
11. Realizacja fizyczna obliczeń kwantowych

Seminar classes:

Student opracowuje i wygłasza 2 referaty z tematów wybranych wg. poniższej listy:
1. Postulaty mechaniki kwantowej w języku macierzy gęstości
2. Bity i kubity
3. Kwantowe operacje logiczne
4. Korelacje kwantowe, stany splątane
5. Algorytmy kwantowe
6. Teleportacja kwantowa
7. Kryptografia kwantowa
8. Rozpad i dekoherencja kubitów
9. Kryteria realizowalności fizycznej obliczeń kwantowych
10. Realizacja fizyczna obliczeń kwantowych

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 130 h
Module ECTS credits 5 ECTS
Examination or Final test 0 h
Contact hours 14 h
Realization of independently performed tasks 20 h
Preparation for classes 40 h
Participation in lectures 28 h
Participation in seminar classes 28 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa (OK) jest oceną z seminarium (S) OK = S.

Prerequisites and additional requirements:

Zgodnie z Regulaminem Studiów AGH podstawowym terminem uzyskania zaliczenia jest ostatni dzień zajęć w danym semestrze. Termin zaliczenia poprawkowego (tryb i warunki ustala prowadzący moduł na zajęciach początkowych) nie może być późniejszy niż ostatni termin egzaminu w sesji poprawkowej (dla przedmiotów kończących się egzaminem) lub ostatni dzień trwania semestru (dla przedmiotów niekończących się egzaminem).

Recommended literature and teaching resources:

1. J. Adamowski, notatki do wykładu „Podstawy obliczeń kwantowych”,
www.fis.agh.edu.pl/~adamowski/ dydaktyka_podstawy_obliczen_kwantowych.php
2. M.A. Nielsen, I.L. Chuang, „Quantum computation and quantum information” (Cambridge University Press, 2000)
3. M. Le Bellac, “Quantum information and quantum computation” (Cambridge University Press, 2006)
4. M. Hirvensalo, “Algorytmy kwantowe” (Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa, 2004)
5. C.P. Williams, S.H. Clearwater, „Explorations in quantum computing” (Springer-Verlag, New York, 1998)
6. ed. H.O. Everitt „Experimental aspects of quantum computing” (Springer Science + Business Media, New York, 2005)

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

(1) J. Adamowski „Komputer kwantowy na kropkach kwantowych”, Materiały IV Krajowej Konferencji „Metody i systemy komputerowe w badaniach naukowych i projektowaniu inżynierskim”
red. R. Tadeusiewicz, A. Ligęza, M. Szymkat, Programowanie Naukowo-Techniczne, Kraków, 26-28.11.2003, s. 1-13.
(2) J. Adamowski, S. Bednarek, B. Szafran, „Quantum Computing with Quantum Dots”, Schedae Informaticae 14 (2005) 95.
(3) S. Moskal, S. Bednarek, J. Adamowski, „Time-evolution simulation of a controlled-NOT gate with two coupled asymmetric quantum dots”, Phys. Rev. A 71 (2005) 062327.
(4) S. Moskal, S. Bednarek, J. Adamowski, „Controlled exchange interaction for quantum logic operations with spin qubits in coupled quantum dots”, Phys. Rev. A 76 (2007) 032302.
(5) A. Kwaśniowski, J. Adamowski, „Spin-dependent localization of electrons in quadruple quantum dots”,
Phys. Rev. B 82 (2010) 245306.

Additional information:

Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach: możliwość wygłoszenia referatu w dodatkowym terminie.