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Einführung in das Quantencomputing – Kurs 12.160 RUB. ab Offener Bildung, Ausbildung 18 Wochen, ca. 7 Stunden pro Woche, Datum 28. November 2023.
Verschiedenes / / November 29, 2023
Das Hauptziel des Kurses besteht darin, die Studierenden in das sich schnell entwickelnde Gebiet der Wissenschaft und Technologie an der Schnittstelle von Physik und Informatik einzuführen – das Quantencomputing. In den letzten Jahren verlassen Quantencomputergeräte nach und nach die physischen Labore und werden zu angewandten Entwicklungen, die von den Forschungs- und Entwicklungsabteilungen der weltweit führenden IT-Unternehmen durchgeführt werden. Quantenalgorithmen entwickeln sich von faszinierenden theoretischen Konstrukten zu angewandten Werkzeugen zur Lösung komplexer Rechenprobleme. Gleichzeitig führt die Atmosphäre der Aufregung rund um das Quantencomputing zu einer gewissen Überschätzung der Errungenschaften und einer klaren Überschätzungskrise Erwartungen an die Technik einerseits von IT-Spezialisten und oft unbegründete Kritik von Physikern andererseits. ein anderer. Allerdings ist die Anzahl guter Bildungsressourcen zu diesem komplexen Thema, insbesondere auf Russisch, sehr begrenzt. In unserem Kurs werden wir versuchen, eine theoretische Grundlage für Studierende im Bereich Quantencomputing zu schaffen ausreichender Umfang, um moderne Arbeiten zu diesem Thema selbstständig verstehen zu können Thema.
Der Kurs behandelt das Gattermodell des Quantencomputings und universelle Mengen von Quantenlogikgattern. Wir werden über die wichtigsten Arten von Quantenalgorithmen wie den Phasenschätzungsalgorithmus, den Shor-Algorithmus und andere Algorithmen sprechen, die auf der Quanten-Fourier-Transformation basieren. Grover-Algorithmus und Quantensuchalgorithmen; Quantenvariationsalgorithmen. Wir werden im Detail die Probleme der Bekämpfung von Dekohärenz und Fehlern in Quantengattern sowie die Probleme bei der Konstruktion von Quantenfehlerkorrekturcodes diskutieren. Es werden Optionen für die Architektur eines fehlerresistenten Quantencomputers betrachtet. Wir werden die grundsätzliche Möglichkeit der Schaffung eines fehlerresistenten Quantencomputers und den tatsächlichen Stand der Dinge auf dem aktuellen Stand der Technologieentwicklung diskutieren.
Derzeit ist die Moskauer Universität eines der führenden Zentren für nationale Bildung, Wissenschaft und Kultur. Hebung des Niveaus hochqualifizierten Personals, Suche nach wissenschaftlicher Wahrheit, Fokussierung auf Humanistik Ideale von Güte, Gerechtigkeit, Freiheit – das ist es, was wir heute als die beste Universität betrachten Traditionen Die Moskauer Staatsuniversität ist die größte klassische Universität der Russischen Föderation und ein besonders wertvolles Objekt des kulturellen Erbes der Völker Russlands. Es bildet Studierende an 39 Fakultäten in 128 Bereichen und Fachgebieten aus, Doktoranden und Doktoranden in 28 Fakultäten in 18 Wissenschaftszweigen und 168 wissenschaftlichen Fachgebieten, die nahezu das gesamte Spektrum der modernen Universität abdecken Ausbildung. Derzeit studieren mehr als 40.000 Studenten, Doktoranden, Doktoranden sowie Spezialisten des Weiterbildungssystems an der Moskauer Staatlichen Universität. Darüber hinaus studieren etwa 10.000 Schüler an der Moskauer Staatlichen Universität. Wissenschaftliche Arbeit und Lehre finden in Museen, an pädagogischen und wissenschaftlichen Praxisstützpunkten, auf Expeditionen, auf Forschungsschiffen und in Fortbildungszentren statt.
Vorlesung 1. Einführung. Historische Perspektive und aktueller Zustand der Region. Die Geburt der Quantencomputerindustrie. Eine Vorstellung von den Besonderheiten des Quantencomputings am Beispiel des einfachsten Deutsch-Algorithmus.
Vorlesung 2. Einige Fragen der Theorie der rechnerischen Komplexität. Das Konzept eines Algorithmus, einer Turingmaschine, einer universellen Turingmaschine. Berechenbare und nicht berechenbare Funktionen, Stoppproblem. Lösbarkeitsprobleme, eine Idee rechnerischer Komplexitätsklassen. Klassen P und NP. Probabilistische Turingmaschine, Klasse BPP. Probleme der Neuberechnung der Lösungsanzahl, Schwierigkeitsklasse #P. Das Problem des Nachweises der Quantenüberlegenheit am Beispiel des BosonSampling-Problems.
Vorlesung 3. Grundlagen des Gate-Modells des Quantencomputings. Gate-Modell des Quantencomputings. Elementare Quantenlogik-Gatter, Ein-Qubit- und Zwei-Qubit-Gatter. Bedingte Zwei-Qubit-Gatter, Darstellung bedingter Multi-Qubit-Gatter in Form von Zwei-Qubit-Gattern. Beschreibung von Messungen in der Quantentheorie, Beschreibung von Messungen in Quantenschaltkreisen.
Vorlesung 4. Ein universeller Satz von Quantenlogikgattern. Diskretisierung von Single-Qubit-Gattern, universellen diskreten Gattersätzen. Die Schwierigkeit, eine beliebige einheitliche Transformation anzunähern.
Vorlesung 5. Quanten-Fourier-Transformation. Phasenschätzungsalgorithmus, Schätzung der erforderlichen Ressourcen, vereinfachter Kitaev-Algorithmus. Experimentelle Implementierungen des Phasenschätzungsalgorithmus und Anwendungen zur Berechnung molekularer Terme.
Vorlesung 6. Shors Algorithmus. Faktorisierung von Zahlen in Primfaktoren, Shors Algorithmus. Experimentelle Implementierungen von Shors Algorithmus. Andere Algorithmen basieren auf der Quanten-Fourier-Transformation.
Vorlesung 7. Quantensuchalgorithmen. Grover-Algorithmus, geometrische Darstellung, Ressourcenschätzung. Zählen der Anzahl der Lösungen für ein Suchproblem. Beschleunigte Lösung NP-vollständiger Probleme. Quantensuche in einer unstrukturierten Datenbank. Optimalität des Grover-Algorithmus. Algorithmen basierend auf Random Walks. Experimentelle Implementierungen von Suchalgorithmen.
Vorlesung 8. Quantenfehlerkorrektur. Die einfachsten Codes. Fehler im Quantencomputing, anders als im klassischen Fall. Drei-Qubit-Code, der den X-Fehler korrigiert. Drei-Qubit-Code, der den Z-Fehler korrigiert. Neun-Bit-Shor-Code.
Vorlesung 9. Quantenfehlerkorrektur. Calderbank-Shore-Steen-Codes. Allgemeine Theorie der Fehlerkorrektur, Fehlerstichprobe, unabhängiges Fehlermodell. Klassische lineare Codes, Hamming-Codes. Quantum Calderbank-Shor-Steen-Codes.
Vorlesung 10. Fehlertolerante Berechnungen. Formalismus von Stabilisatoren, Konstruktion von KSH-Codes im Formalismus von Stabilisatoren. Unitäre Transformationen und Messungen im Formalismus von Stabilisatoren. Das Konzept fehlertoleranter Berechnungen. Aufbau eines universellen Satzes fehlertoleranter Gatter. Fehlertolerante Messungen. Schwellensatz. Experimentelle Aussichten für die Implementierung von Quantenfehlerkorrektur und fehlertoleranten Berechnungen.
Vorlesung 11. Quantencomputing für NISQ-Systeme. Quantenvariationsalgorithmen: QAOA und VQE. Anwendungen auf Probleme der Quantenchemie. Möglichkeiten der Umsetzung auf modernen Quantenprozessoren, Entwicklungsperspektiven.
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