Course title:
Bevezetés a kvantuminformatikába és ‑kommunikációba
Primary programme:
Fizikus mérnök BSc
ECTS credits:
2
Course type:
választható (a nem kívánt törlendő)
Number of lectures per week:
2
Number of practices per week:
0
Number of laboratory exercises per week:
0
Further knowledge transfer methods:
???
Grading:
Coursework grade
Special grading methods:
kisZH-k, nagy hézi feladat
Semester:
5
Prerequisites:
Vektor- és mátrixalgebra, Modern fizika
Responsible lecturer:
Dr. Imre Sándor, egyetemi tanár, MTA lev. tag
Lecturers and instructors:
Course description:
Bevezető tantárgy a kvantummechanika informatikai és távközlési alkalmazásaiba.
A Hilbert-tér és a kvantummechanika kapcsolata, egyszerűsített leírás. Kvantuminformatikai jelölések, komplex valószínűségi amplitúdók. A kvantummechanika posztulátumai
Kvantumbit és kvantumregiszter, szuperpozíció elve. Ábrázolás a Bloch-gömb segítségével. Alap kvantum kapuk és leírásuk.
Összefonódás (entanglement) és hatásai. Környezettel való összefonódás (dekoherencia) és következményei.
Mérés: kapcsolat a kvantum és a klasszikus világ között. Mérési technikák: projektív, POVM. Kapcsolat a különböző mérések között.
A kvantum interferométer általános leírása. Másolás a kvantumvilágban (No Cloning Theorem). Tetszőleges kvantumbit előállítása alap kvantumkapuk segítségével.
Szupersűrűségű tömörítés. Teleportálás.
A kvantum párhuzamosság alapjai. A Deutsch-Jozsa-algoritmus leírása.
Kvantumkriptográfia és kvantum kulcsszétosztás. A BB84 protokoll működése és megvalósítása. A B92 protokoll működése.
A jelenlegi vezetékes kvantum kriptográfiai rendszerek bemutatása. Kvantumkommunikáció alkalmazása az űrtávközlésben.
Hatékony keresés rendezetlen adatbázisban: a Grover-algoritmus.
Kvantumszámítógép építésének aktuális helyzete: foton, elektron, atom, molekula alapú megközelítések, jelenlegi elképzelések és kutatási irányok.
Reading materials:
Raymond A. Serway, John W. Jewett: Physics for Scientists and Engineers (Cengage Learning; 10th edition, 2018) ISBN 978-1337553278
Herman Gewirtz, Jonathan S. Wolf: Barron's SAT Subject Test in Physics 9th Edition (Barron’s, 2010) ISBN 978-0-7641-4353-3
List of competences:
a) tudása- Ismeri a klasszikus és modern fizika műszaki-technológiai eljárásokat és alkalmazásokat megalapozó alapvető törvényszerűségeit, fejlődési irányait, és a modern fizikai modelleket.- Ismeri a fizika legfontosabb kapcsolódási pontjait a mérnöki diszciplínákkal, az ehhez kapcsolódó alapvető fogalmakat és összefüggéseket.- Ismeri a műszaki és fizikai problémák számítógépes modellezésének matematikai és informatikai módszereit.- Átlátja a fizikai törvényszerűségek technológiai és gazdasági folyamatokra történő alkalmazásait, valamint a kutatás-fejlesztés és a technológiai innováció folyamatát.- Specializációs szakterületén ismeri az alkalmazott tervezési elveket, technológiákat, speciális anyagokat és mérési eljárásokat.b) képességei- Képes a műszaki-technológiai problémák és a fizikai tudományos eredmények közötti kapcsolat megteremtésére, a két terület alkotó összekapcsolására.- Képes a műszaki problémák és a hozzájuk kapcsolódó fizikai jelenségek megértésére, az ehhez szükséges információgyűjtésre, és a szakirodalom eredményeinek értelmezésére és kreatív alkalmazására.- A modern fizikán alapuló technológiákkal kapcsolatos általános ismeretei felhasználásával választott specializációja területén képes egyes mérnöki feladatok megoldására (tervezés, fejlesztés, üzemeltetés, tanácsadás).- Ismeretei alapján rendelkezik a tudományos-technológiai alapokon nyugvó megalapozott érvelés képességével, ismeretei alapján képes megalapozott véleményt alkotni szakterületéhez kapcsolódó társadalmi, tudományos, technológiai és etikai kérdésekről.- Képes tudásának önálló gyarapítására, a releváns szakirodalom követésére és feldolgozására, és tanulmányainak magasabb szinten történő folytatására.c) attitűdje- Törekszik a tudományos fizikai ismeretek és a műszaki-technológiai alkalmazások közötti összekötő, integráló szerep megteremtésére.- Hitelesen képviseli a természettudományos világnézetet, és alkalmazni tudja a technológia és társadalom viszonylatában.- Nyitott a természettudományos és műszaki továbbképzés irányában.- Elkötelezett új kompetenciák elsajátítására.- Fejleszti, mélyíti szakterületi ismereteit.d) autonómiája és felelőssége- Felelősséggel együttműködik a műszaki, természettudományos és más szakterületek szakembereivel.- Tudatosan vállalja a műszaki-természettudományos terület etikai normáit.- Saját képességeit és munkájának eredményét reálisan értékeli.- Folyamatos tanulással fejleszti kompetenciáit, alkalmassá válva felelősségteljes munkakörök betöltésére.- Tisztában van a tudományos-technológiai kijelentések jelentőségével és következményeivel.