Κβαντική Υπολογιστική

Γενικά

  • Κωδικός Μαθήματος: 1612
  • Εξάμηνο: 6ο
  • Τύπος Μαθήματος: Επιστημονικής Περιοχής (ΕΠ)
  • Είδος Μαθήματος: Επιλογής (ΕΠ)
  • Γνωστική Περιοχή: Ενσωματωμένα - Υπολογιστικά Συστήματα (ΕΥΣ)
  • Διδασκαλία Θεωρίας: 4 ώρες/εβδομάδα
  • Πιστωτικές μονάδες ECTS: 6
  • Γλώσσα διδασκαλίας και Εξετάσεων: Ελληνικά
  • Το μάθημα προσφέρεται σε φοιτητές Erasmus
  • Προτεινόμενα προαπαιτούμενα μαθήματα: (1101) Μαθηματικά Ι, (1201) Μαθηματικά ΙΙ, (1104) Ηλεκτρονική Φυσική

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Σκοπός του μαθήματος είναι να εισάγει τον φοιτητή στις βασικές έννοιες της κβαντικής υπολογιστικής και των αρχών της κβαντομηχανικής στις οποίες στηρίζεται η πολλά υποσχόμενη τεχνολογία των κβαντικών υπολογιστών. Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής/τρια θα είναι σε θέση να:

  • Να αναλύει και να αντιλαμβάνεται τη δομή των βασικών κβαντικών αλγορίθμων
  • Να περιγράφει τις βασικές αρχές της κβαντικής υπολογιστικής με βάση τα δεδομένα της κβαντομηχανικής
  • Να αναπτύσσει την κατάλληλη μεθοδολογία για τη μελέτη και ανάπτυξη νέων κβαντικών αλγορίθμων.
  • Να συγκρίνει τις επιδόσεις και την πολυπλοκότητα βασικών αλγορίθμων της κβαντικής υπολογιστικής.
  • Να κατανοεί τους βασικούς νόμους και αρχές της κβαντομηχανικής που είναι απαραίτητες για την ανάπτυξη νέων υπολογιστικών αλγορίθμων
  • Να αναγνωρίζει τη διεθνή ορολογία στο επιστημονικό πεδίο της κβαντικής υπολογιστικής.
Γενικές Ικανότητες
  • Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
  • Λήψη αποφάσεων
  • Αυτόνομη εργασία
  • Ομαδική εργασία
  • Άσκηση κριτικής και αυτοκριτικής
  • Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης

Περιεχόμενο Μαθήματος

Εισαγωγή, ιστορική ανασκόπιση στην κβαντική υπολογιστική,
Αξιώματα κβαντομηχανικής, Εξίσωση Schrodinger, φορμαλσμός Dirac, διανυσματικός χώρος κβαντικών καταστάσεων Hilbert, υπέρθεση κβαντικών καταστάσεων, κβαντική διεμπλοκή (entanglement), κβαντικές καταστάσεις πολλών σωματιδίων.
Κβαντικά συστήματα δύο καταστάσεων, Κβαντικά bits (qubits), σφαίρα του Bloch, κβαντικός καταχωρητης (quantum register).
Κβαντικοί τελεστές, τελεστές προβολής (projectors), μέτρηση στην κβαντομηχανική. Πολλαπλά qubits.
Κβαντικές πύλες, κβαντικά υπολογιστικά κυκλώματα.
Κβαντικός αλγόριθμος του Deutsch –κβαντική παραλληλία. Κβαντικός αλγόριθμος του Grover— κβαντική διερεύνηση. Κβαντικός μετασχηματισμός Fourier. Κβαντικός αλγόριθμος του Shor: κρυπτογραφικό σύστημα RSA και κβαντική παραβίασή του.
Κβαντικές τηλεπικοινωνίες, τηλεμεταφορά (teleportation). Θεώρημα του αδυνάτου της αντιγραφής κβαντικής κατάστασης (no cloning theorem). Κβαντική διανομή κρυπτογραφικού κλειδιού

Διδακτικές και Μαθησιακές Μέθοδοι - Αξιολόγηση

Τρόπος Παράδοσης
  • Πρόσωπο με πρόσωπο θεωρητική διδασκαλία (παράδοση, συζήτηση, επίλυση προβλημάτων).
Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών
  • Χρήση λογισμικού παρουσιάσεων διαφανειών.
  • Χρήση ηλεκτρονικής πλατφόρμας μάθησης (moodle).
  • Ηλεκτρονική επικοινωνία με τους φοιτητές/τριες.
Οργάνωση Διδασκαλίας
Δραστηριότητα Φόρτος εργασίας εξαμήνου
Διαλέξεις52
Ατομική Μελέτη και ανάλυση βιβλιογραφίας128
Σύνολο 180
Αξιολόγηση φοιτητών

Τελική Γραπτή Εξέταση που περιλαμβάνει:
- Ερωτήσεις Σύντομης Απάντησης
- Δοκιμασίες πολλαπλής επιλογής
- Επίλυση προβλημάτων

Τα κριτήρια αξιολόγησης είναι προσβάσιμα από τους φοιτητές στην ηλεκτρονική σελίδα του μαθήματος.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

Συγγράμματα μέσω του συστήματος "Εύδοξος"
  1. Ι. Καραφυλλίδης, Κβαντική Υπολογιστική, ISBN: 978-960-603-002-4, Ελληνικά Ακαδημαϊκά Ηλεκτρονικά Συγγράμματα και βοηθήματα «Κάλλιπος», www.kallipos.gr
  2. Στέφανος Τραχανάς, «Κβαντομηχανική ΙΙ», Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, 2016, ISBN:978-960-524-267-1, Κωδ. Εύδοξο:269
Συμπληρωματική ξενόγλωσση βιβλιογραφία
  1. M.Nielsen and I.Chuang, “Quantum Computation and Quantum Information”, Cambridge University Press, 2010, ISBN 978-1-107-00217-3.
  2. S.Imre and F.Balazs, “Quantum Computing and Communications, An Engineering Approach”, J.Wiley & Sons, 2005,
  3. ISBN: 0-470-86902-X
  4. R.Perry, “The Tempple of Qantum Computing”, 2004, on web: https://www.e-booksdirectory.com/details.php?ebook=352
  5. G.Benenti, G.Gassati, G.Strini, “Principles of Quantum Computation and Information”, vol. I Basic Concepts, World Scientific Pub Co Inc, 2004, ISBN: 978-981-238-858-2
  6. Dan C. Marinescu and Gabriela M. Marinescu,” Lectures Notes on Quantum Computing”, 2003, on web: https://www.cs.ucf.edu/~dcm/Teaching/QuantumComputing/Fall2004Class-QC/QCV1.pdf
  7. M. Georgescu, S. Ashhab, Franco Nori, “Quantum simulation”, REVIEWS OF MODERN PHYSICS, Vol. 86, ( 2014).
  8. Artur Ekert, Patrick Hayden and Hitoshi Inamori, Basic concepts in quantum computation,
  9. on web: https://arxiv.org/abs/quant-ph/0011013
  10. "Quantum Computing Introductions and Tutorials", on web: http://www.vcpc.univie.ac.at/~ian/hotlist/qc/intro.shtml