Overordnede kursusmål
Naturlovene på kvanteskala er anderledes end i den klassiske fysik,
som vi oplever i hverdagen. Denne forskel kan udnyttes til at
effektivisere informationbehandling og muliggør nye teknikker, som
er umulige indenfor den klassiske fysik. Et slående eksempel er
muligheden for kvantecomputere, som kan løse visse opgaver
eksponentielt hurtigere end nogen konventionel computer. Formålet
med kurset er, at introducere dig til kvanteinformationsteori
generelt, at give en indgående forståelse af et udvalg af
kvanteinformationsprotokoller inklusive kvantekryptografi,
kvanteteleportation og kvantecomputere, samt at give dig lidt
hands-on erfaring med state-of-the-art kvanteteknologi lokalt
og/eller via cloud services.
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
- Identificere og forstå begreberne kvantemekanisk superposition
og sammenfiltring i relation til kvanteinformation.
- Reflektere over ikke-lokalitet i naturen; udføre og fortolke et
eksperiment som tester ikke-lokalitet.
- Diskutere konceptet kvantekommunikation incl.
kvanteteleportation og kvanterelæer.
- Beskrive forskellige kvanteprotokoller for deling af
kryptografiske nøgler og generation af tilfældige tal.
- Forstå hovedkoncepterne bag kvantecomputere, inkl. gates,
kredsløb, og fejlkorrektion.
- Diskutere et udvalg af kvantealgoritmer, deres implementation,
og deres fordele ift. klassiske algoritmer.
- Beskrive forskellige kvanteteknologier til
kvanteinformatik.
- Analysere, diskutere og give kritik af artikler om
kvanteinformations-eksperimenter.
- Programmere et simpelt kvantecomputerprogram ved hjælp af et af
de eksisterende udviklingsværktøjer.
Kursusindhold
Konceptet kvanteinformation vil blive introduceret og diskuteret.
Med udgangspunkt i kvantemekanikkens grundprincipper
(superpositionsprincippet, unitære transformationer og målinger)
vil qubit tilstande, sammenfiltrede tilstande og blandede tilstande
blive diskuteret indgående. Kvanteinformationsprotokoller såsom
deling af kryptografiske nøgler og kvanteteleportation vil blive
introduceret. Bell's ulighed vil blive gennemgået og (hvis
tiden tillader det) testet i laboratoriet. Et andet emne er
kvantecomputere som inkluderer diskussion af forskellige operander
med en og to qubits såvel som forskellige algoritmer, inklusiv
Shors faktoriseringsalgoritme. Forskellige fysiske systemer til
implementering af kvanteinformatik vil blive diskuteret. Endelig
vil der være hands-on computerøvelser omkring programmering af
kvantecomputere, enten via simuleringer eller over skyen.
To til tre emner (f.eks. loophole-fri Bell tests, Grovers
algoritme) vil blive studeret indgående i gruppearbejde.
Præsentationerne af dette vil indgå i den studerendes samlede
karakter.
Sidst opdateret
02. maj, 2024