Kursplan för Kvantdatorer och kvantberäkningar

Kursplan fastställd 2021-02-26 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnQuantum computing
  • KurskodMCC155
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPNAT
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeMatematik, Teknisk fysik
  • InstitutionMIKROTEKNOLOGI OCH NANOVETENSKAP
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 18117
  • Max antal deltagare100
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterJa

Poängfördelning

0120 Inlämningsuppgift 2 hp
Betygsskala: UG		 2 hp
0220 Tentamen 5,5 hp
Betygsskala: TH		 5,5 hp
  • 12 Jan 2022 fm J
  • 11 Apr 2022 em J
  • 26 Aug 2022 fm J

I program

Examinator

Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

Behörighet

Grundläggande behörighet för avancerad nivå
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Särskild behörighet

Engelska 6
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Kursspecifika förkunskaper

Studenterna rekommenderas ha tagit någon av kurserna FKA173 - "Kvantoptik och kvantinformation, TIF290 - "Kvantmekanik", eller någon annan motsvarande kurs.

Syfte

Syftet med kursen är att bekanta studenterna med både viktiga kvantalgoritmer (t.ex. kvant-Fouriertransform, fasestimering, och Shor's algoritm), variationskvantalgoritmer som utnyttjar ett samspel mellan klassiska datorer och kvantdatorer (t.ex. Variational Quantum Eigensolver (VQE) och Quantum Approximate Optimisation Algorithm (QAOA)), och korsningar mellan kvantberäkningar och maskininlärning. Kursen kommer också ge studenterna praktisk erfarenhet av att programmera en kvantdator. Kvantdatorer blir snabbt allt bättre, och nyligen uppnåddes ”kvantberäkningsöverlägsenhet”, d.v.s. en kvantdator lyckades lösa ett beräkningsproblem mycket snabbare än en klassisk dator. Kvantberäkningar förväntas ha tillämpningar i många delar av samhället. Kursen förbereder studenterna för att tillämpa kvantberäkningar på en mängd olika problem.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

  1. Lista relevanta moderna kvantalgoritmer och deras användningsområden.
  2. Förklara viktiga principer för olika modeller för kvantberäkningar (krets-, mätbaserad, adiabatisk).
  3. Förklara den grundläggande strukturen för kvantalgoritmerna som tas upp i kursen inom kretsmodellen, och beräkna utfallet av olika enkla kvantkretsar.
  4. Jämföra, i termer av tidskomplexitet, vilken kvantfördel som förväntas för kvantalgoritmerna som tas upp i kursen jämfört med deras klassiska motsvarigheter.
  5. Programmera enkla kvantalgoritmer på en kvantdator i molnet eller en simulator av en kvantdator i molnet.
  6. Förstå de grundläggande principerna för kvantinformationsbehandling med kodning i kontinuerliga variabler.
  7. Ge exempel på motiveringar för att applicera kvantberäkningar på maskininlärning och på vad hindren är för att uppnå en fördel från att göra så.

Innehåll

  • Grundläggande kvantgrindar och kvantberäkningsformalism
  • Introduktion till komplexitetsklasser och relevanta förmodanden
  • Kretsmodell för kvantberäkningar
  • Grundläggande teorem för kvantberäkningar: Solovay-Kitaevs teorem, Gottesmann-Knills teorem
  • Andra modeller för universella kvantberäkningar utöver kretsmodellen: mätbaserade kvantberäkningar och adiabatiska kvantberäkningar
  • Algoritmer för kvant-Fouriertransform och fasestimering
  • Shors algoritm
  • Kvantmaskininlärning
  • Kvantberäkningsövning i molnet
  • Kvantalgoritmer för att lösa kombinatoriska optimeringsproblem: kvantglödgning och QAOA
  • Variational quantum eigensolver
  • Kvantfördelsmodeller: bosonprov och protokollet för IQP (instantaneous quantum polynomial)
  • Kvantberäkningar med kontinuerliga variabler: mätbaserade kvantberäkningar och GKP-kodning
  • Kvantfördelsmodeller för kontinuerliga variabler: IQP för kontinuerliga variabler
  • Kvantglödgning med kontinuerliga variabler

Organisation

Kursen består av föreläsningar, räkneövningar, och en datorövning.

Litteratur

  • Nielsen and Chuang, Quantum Information and Quantum Computation
  • Föreläsningsanteckningar

Examination inklusive obligatoriska moment

Examinationen består av två inlämningsuppgifter och en skriftlig tentamen. Var och en av inlämningsuppgifterna ger ca 15% av poängen för kursen, totalt 2 hp; tentamen ger resterande ca 70% av poängen, 5.5 hp. Totalpoängen bestämmer betyget (U, 3, 4, 5).

Kursens examinator får examinera enstaka studenter på annat sätt än vad som anges ovan om särskilda skäl föreligger, till exempel om en student har ett beslut från Chalmers om pedagogiskt stöd på grund av funktionsnedsättning.