Belépés címtáras azonosítással
magyar nyelvű adatlap
Kvantum-informatika és kommunikáció
A tantárgy angol neve: Quantum Computing and Communication
Adatlap utolsó módosítása: 2008. október 8.
Tantárgy lejárati dátuma: 2009. november 24.
Villamosmérnöki Szak
Műszaki Informatika Szak
Választható tárgy
Név:
Beosztás:
Tanszék, Int.:
Dr. Imre Sándor
Egyetemi docens
Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék
Valószínűségszámítás
Tematikaütközés miatt a tárgyat csak azok vehetik fel, akik korábban nem hallgatták a következő tárgyakat:
Neptun-kód Cím
Napjaink számítástechnikai eszközei teljesítőképességük elvi határához éreztek, mivel az áramköri elemek a jelenlegi technológiával tovább nem csökkenthetők lényegesen. Ugyanakkor egyre több informatikai és távközlési feladat vár megoldásra, melyeket a jelenlegi számítástechnikai kapacitásokkal reménytelen megoldani, csupán szuboptimális megoldások alkalmazhatók. E kettős problémakörre kínál megoldást a kvantummechanikai alapokra épülő ún. kvantum informatika és kommunikáció, mely egyfelől atomi méretekre zsugorítja az áramköri elemeket, másfelől nagyfokú párhuzamosíthatóságot tesz lehetővé, ezáltal lényegesen redukálva a számítási időt, harmadrészt pedig a klasszikus világban szokatlan megoldási lehetőségeket is kínál (pl. teleportálás). A tantárgy célja, hogy megismertesse a hallgatóságot a kvantum informatika fogalomrendszerével, információ elméleti vonatkozásaival és alkalmazási példákon keresztül informatikai és távközlési környezetben való alkalmazhatóságával. A tárgy az elméleti hátér tárgyalásán túl röviden ismerteti a gyakorlati megvalósítás alapjait is.
1. Bevezetés (motivációk)
· Hogyan nyerjünk vetélkedőt (egy szemléletes példa), feladvány a hallgatóknak,
· A gyök NOT kapu
· A kvantummechanika rövid története
2. Kvantum informatika alapjai
· Kvantummechanika posztulátumai
· Mérési technikák: Projektív, POVM
· Qbit, qregiszter
· Hilbert-tér és a kvantummechanika kapcsolata, egyszerűsített leírás
· Jelölések, definíciók
· Komplex valószínűségek
· Szuperpozíció
· Összefonódás (entanglement)
· Interferométer, dekoherencia
3. Egyszerű kvantum algoritmusok
· Szupersűrűségű tömörítés
· Teleportálás
· Deutsch-Jozsa-algoritmus
· Simon-algoritmus
· Kvantum Fourier-transzformáció
6. Infokommunikációs problémák kvantum alapú megoldásai
· Shor-algoritmus
· Gover-algoritmus
· Kvantum számlálás
· Minimum/maximum keresés
· Kvantum kriptográfia
· Kvantum kriptoanalízis
4. Kvantum logikai kapu rendszerek és ezek ekvivalenciája
5. Információelmélet kvantuminformatikai alapokra helyezése
· Kvantum mechanika és információelmélet kapcsolata, paradigmaváltás a bizonyítás terén
· Rendszertípusok I.
· Determinisztikus
· Valószínűségi (probabilistic): pl. neurális, genetikus, stb.
· Kvantum
· Rendszertípusok II.
· Klasszikus
· Kvantum támogatású klasszikus
· Tiszta kvantum
· A kvantumszámítógép: Deutsch-féle tételek és bizonyításaik
· Feltételes entrópia és információ általánosítása
· Kvantum csatornák kapacitása
· Kvantum zaj és hibajavítás
· Kvantum forráskódolás
7. Kvantum számítógépek, hol tart ma a világ
· Foton, elektron, atom, molekula alapú megközelítések
8. A Bevezetésben feladott feladvány megoldása, a beadott megoldási javaslatok értékelése
(előadás, gyakorlat, laboratórium):
előadás
a. A szorgalmi időszakban:
Nagy házi feladat elkészítése
b. A vizsgaidőszakban:
szóbeli vizsga
c. Elővizsga:
Nincs
Az előadások előtt és után, valamint bármikor, de előre egyeztetett időpontban.
S. Imre, F. Balázs: Quantum Computing and Communications – An Engineering Approach, Published by John Wiley and Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England, 2005, ISBN 0-470-86902-X, 283 pages (néhány példányban kölcsönözhető).
(a tantárgyhoz tartozó tanulmányi idő körülbelüli felosztása a tanórák, továbbá a házi feladatok és a zárthelyik között (a felkészülésre, ill. a kidolgozásra átlagosan fordítandó/elvárható idők félévi munkaórában, kredit x 30 óra, pl. 5 kredit esetén 150 óra)):
Kontakt óra
60
Félévközi készülés órákra
30
Felkészülés zárthelyire
Házi feladat elkészítése
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása
..
Vizsgafelkészülés
Összesen
150