Основы квантовой физики и квантовой информатики

Курс «Основы квантовой физики и квантовой информатики» посвящен знакомству с базовыми основами квантовой физики, которые иллюстрируются простейшими примерами из области квантовой информатики. Его цель – дать слушателям, интересующимся квантовыми технологиями, фундаментальную основу для последующего изучения систем квантовой связи и квантовых вычислений.

Формат курса: 30 последовательных видео-уроков, сгруппированных по 14 модулям. После каждого урока предусмотрены тестовые задания и задания для самостоятельной работы.

Курс рассчитан на 14 недель (по одному модулю в неделю), недельная учебная нагрузка 8 часов.

Модуль 1 (неделя 1). Введение.

Урок 1. Что общего между квантовой физикой и криптографией?
Урок 2. Зачем понадобилась квантовая физика?
Урок 3. От поляризации фотона к квантовому распределению ключа.

Модуль 2 (неделя 2). Свойства локализованного фотона

Урок 4. Однофотонный волновой пакет
Урок 5. Соотношения неопределенностей для одного фотона.

Модуль 3 (неделя 3). Квантовые состояния и гильбертово пространство

Урок 6. Вектора состояний.
Урок 7. Ортонормированный базис
Урок 8. Пример: поляризационные состояния фотона

Модуль 4 (неделя 4). Операторы, описывающие процессы.

Урок 9. Линейные операторы и их свойства.
Урок 10. Эволюция квантового состояния. Проекторы

Модуль 5 (неделя 5). Операторы, описывающие измерения

Урок 11. Наблюдаемые и операторы
Урок 12. Пример: измерение поляризации фотона.

Модуль 6 (неделя 6). Соотношение неопределенностей.

Урок 13. Какие наблюдаемые можно одновременно точно измерить?
Урок 14. Соотношение неопределенностей Гейзенберга

Модуль 7 (неделя 7). Непрерывные переменные.

Урок 15. Волновая функция.
Урок 16. Операторы координаты и импульса.

Модуль 8 (неделя 8). Динамика квантовых систем. Картина Шредингера.

Урок 17. Зависимость наблюдаемых от времени. Уравнение Шредингера.
Урок 18. Пример: динамика свободной одномерной частицы

Модуль 9 (неделя 9). Динамика квантовых систем. Картина Гейзенберга

Урок 19. Уравнение Гейзенберга
Урок 20. Пример: динамика свободной одномерной частицы и частицы в потенциале

Модуль 10 (неделя 10). Модель гармонического осциллятора (ГО)

Урок 21. Гамильтониан, обобщенные переменные, минимальная энергия ГО.
Урок 22. Энергетические уровни ГО и их волновые функции.

Модуль 11 (неделя 11). Основы квантовой оптики

Урок 23. Квадратуры электромагнитных волн. Фотоны
Урок 24. Когерентные состояния света
Урок 25. Квантовое описание светоделителя

Модуль 12 (неделя 12). Динамика двухуровневой системы
Урок 26. Осцилляции Раби

Модуль 13 (неделя 13). Составные системы: перепутанные и смешанные состояния.

Урок 27. Перепутанность на примере поляризационных состояний фотонов.
Урок 28. Смешанные состояния, теорема о запрете копирования

Модуль 14 (неделя 14). Неравенства Белла.

Урок 29. Принцип детерминизма. Формулировка неравенста Белла для классических систем
Урок 30. Неклассические корреляции: нарушение неравенств Белла.

После освоения курса студенты будут:

- знать основные законы квантовой физики
- уметь их применять для решения простейших задач
- понимать устройство физических моделей, связанных с задачами квантовой информатики

Основные законы квантовой физики

Владеть устройством физических моделей, связанных с задачами квантовой информатики

Применение знаний для решения простейших задач