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Introdução à Teoria Quântica de Computação e Informação

FI204 – F026
Prof. Marcos Cesar de Oliveira
Sala 238 DFMC/IFGW
email: marcos@ifi.unicamp.br

 

Aulas: Terças e Quintas : 19h – 21h


Esse novo campo da ciência combina recursos interdisciplinares da física, ciência da informação e ciência da computação, promovendo uma grande interação entre estas áreas do conhecimento, além de propor possibilidades tecnológicas sem precedentes. O objetivo deste curso é fornecer, aos estudantes de pós-graduação em física, noções básicas introdutórias sobre teoria de informação e de computação quânticas, permitindo-os a ler artigos da área e de se aprofundarem nos assuntos relevantes para seus ramos específicos de interesse.

Ementa Resumida:

    1. Fundamentos da Teoria Quântica
      • Estados, Observáveis e Medição
      • Mecânica Quântica sem vetores de estado – O operador densidade
      • Estados emaranhados
    2. Introdução à Ciência da Computação
      • Máquina de Turing, modelos de circuitos
      • Universalidade em operações lógicas
      • Problemas de decisão e complexidade computacional
    3. Computação Quântica
      • Conceitos básicos – circuitos e universalidade
      • Operações quânticas, precisão na aproximação de operações unitárias
      • Aplicações de circuitos em comunicação quântica
      • Simulação de sistemas quânticos
    4. Algoritmos
      • Problema de Deutsch e Paralelismo Quântico
      • Problema de Deutsch-Jozsa
      • Problema de Bernstein-Vazirani e complexidade exponencial
      • Problema de Simon – Período de função
      • Elementos da teoria dos números e a aritmética modular
      • Transformada de Fourier Quântica
      • Algoritmo de Shor (Decomposição em potências de fatores primos)
      • Algoritmo de Busca de Grover
    5. Ruído
      • Sistemas quânticos abertos e operações quânticas
      • Operações quânticas e equações mestras
    6. Estudo de propostas de implementação Física de Computação Quântica
      • Sistemas ópticos
      • Sistemas supercondutores
      • Sistemas de Íons Aprisionados
    7. Teoria de Correção de erros
      • Códigos de correção de erros: Clássicos
      • Códigos de correção de erros: Quânticos
      • Introdução à computação quântica tolerante a falhas
    8. Criptografia Quântica
      • Criptografia clássica e segurança cibernética
      • Protocolos de distribuição de chaves
      • Criptografia quântica e distribuição de chaves quânticas
    9. Tópicos complementares em computação quântica
      • Computação adiabática, quantum annealing e problemas de optimização
      • Quantum Machine Learning
      • Aplicações Práticas
    10. Teoria de informação quântica

 


Texto principal:

 
1. Notas de Aula. -> Disponível no material de consulta abaixo.

2. Quantum Computation and Quantum Information
M. A. Nielsen e I. L. Chuang,
(Cambridge University Press, 2000);

3. Feynman Lectures on Computation
R. P. Feynman, ed. A. J. G. Hey e R. W. Allen
(Addison-Wesley, 1997);

4. J. Preskill e A. Kitaev, Quantum Information and Computation (não publicado,1998); diponível online em http://www.theory.caltech.edu/~preskill/ph229.

5. An Introduction to Quantum Computing
Phillip R. Kaye, Raymond Laflamme e Michele Mosca
(Oxford University Press, 2007).

6. D. Bouwmeester, A. Ekert, A. Zeilinger (eds.), The Physics of Quantum Information (Springer, Berlin, 2000).

7. Emmanuel Desurvire, Classical and Quantum Information Theory: An Introduction for the Telecom Scientist (Cambridge University Press, 2009).

 


Listas de exercícios postadas no Google Classroom


Avaliação

Listas de Exercícios + Tarefas práticas definidas ao longo do semestre+ Seminário de avaliação


Tópicos para o seminário de avaliação

OBS: os artigos e links recomendados mais abaixo servem apenas como referência inicial. 

1) Ressonância magnética nuclear (NMR)

2) Vacâncias de Nitrogênio em diamantes

 
6) Semicondutores
                6.1 – Pontos quânticos 
                6.2 – Impurezas em Silício
 
 
 
 
 
 

Material de Consulta