|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
«Основы квантовой механики и квантовой информатики»учебный курс
- Автор: Емельянов В.И.
- Год создания: 1998
- Организация: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Описание: Курс читается в 8 семестре для всех потоков факультета Вычислительной Математики и Кибернетики (ВМК) по одной лекции в неделю. После прослушивания курса студенты сдают зачет. Это заключительный курс общей физики на ВМК, для усвоения которого необходимы знания, получаемые студентами при изучении предшествующих курсов классической механики, статистической физики и теории волн. Целью курса является введение студентов факультета ВМК, специализирующихся в широком спектре физико-математических дисциплин, в квантовую механику и ее приложения в новой научной дисциплине - квантовой информации. Квантовая информация, сформировавшаяся как самостоятельная теоретическая область в 90-х годах прошлого века на пересечении квантовой механики и теории информации, в последнее время характеризуется все ускоряющимся темпом развития ее приложений в создании реальных (и даже коммерческих) устройств-квантовых компьютеров, квантовых линий связи, систем квантовой телепортации и других. Основной акцент в данном вводном курсе делается именно на этом аспекте квантовой информации (квантовой информатики). Для лучшего усвоения основ квантовой информатики необходимо предварительно выработать у студентов квантовые представления, которые отличны и даже контринтуитивны по отношению к представлениям классической физики, закрепленным у них изучением предыдущих курсов физики. Поэтому в первой части курса дается изложение основ квантовой механики в волновой ее формулировке, без использования аппарата матричной линейной алгебры, как это обычно делается в стандартных учебниках по квантовой информации. Это дает возможность яснее воспринять квантовую механику как физическую дисциплину, развивавшуюся в тесной связи и под давлением эксперимента. Изучаются приложения волновой квантовой механики Шредингера к задачам об энергетических спектрах квантовых систем (электрон в потенциальной яме, осциллятор, атом водорода, электрон в кристаллической решетке. низкоразмерные наноструктуры). Рассматриваются физические принципы работы p-n перехода и полупроводникового транзистора и реализации на их основе простейших логических операций в классическом компьютере. Во второй части курса производится переход к матричному представлению квантовой механики. По аналогии с угловым орбитальным моментом электрона в атоме, вводится понятие спина электрона. Кратко излагается теория квантовых измерений. Рассматриваются основные представления квантовой информатики (кубит, логические квантовые операторы, квантовые схемы, простейшие схемы квантового компьютера). Вводятся понятия матрицы плотности и декогеренции кубита. Проводится сравнительный анализ функционирования системы двухуровневых атомов в квантовом компьютере и в лазере. Рассмотрены применения квантовых схем для безопасной передачи информации по квантовым каналам и разработки алгоритмов для квантовых компьютеров. Дается краткий обзор современного состояния проблемы физической реализации квантового компьютера. Проводятся сравнительные вычисления булевых функций с 2-разрядными аргументами на классическом и квантовом процессорах, демонстрирующие экспоненциальные выигрыши в памяти и производительности квантового компьютера. По курсу создано и опубликовано учебное пособие:В.И.Емельянов, Ю.В.Владимирова,Квантовая физика. Биты и кубиты", 2012 год
- Добавил в систему: Емельянов Владимир Ильич
Преподавание курса
- с 7 февраля 1998 Емельянов Владимир Ильич
- МГУ имени М.В. Ломоносова, Физический факультет, Отделение радиофизики, Кафедра общей физики и волновых процессов
- обязательная, базовой части, лекции, 48 часов
- Автор: Емельянов В.И.