Introdução à Informação e Computação Quânticas

Conhecimentos de Base Recomendados

NA

Métodos de Ensino

As aulas teóricas incluem introdução de conceitos, exemplos de aplicações e palestras de cientistas convidados. Nas aulas laboratoriais há resolução de problemas usando qiskit nos computadores quânticos da IBM.

Resultados de Aprendizagem

Os principais objetivos e competências a desenvolver são:
- Compreender as implementações clássicas deterministicas para computação e abordadens probabilisticas em hardware convencional.
- Compreender as diferenças entre informação quântica e clássica;
- Compreender a descrição dos estados e operadores quânticos bem como o conceito de um computador quântico baseado no modelo de portas lógicas quânticas.
- Aprender alguns algoritmos de computação quântica e identificar os ingredientes fundamentais para que tenham ganhos de eficiência em relação aos algoritmos clássicos correspondentes.
- Implementar algoritmos de computação quântica usando o qiskit e os computadores quânticos da IBM acessíveis on-line.
- Compreender os fundamentos da correção de erros em computação quântica.
- Ter capacidade de síntese e de comunicação necessários para explicar um tópico em 5 minutos, para um público não especializado.
- Estar bem posicionado para usar tecnologias quânticas emergentes

Estágio(s)

Não

Programa

1. Introdução: Computação analógica, computação estocástica e sistemas digitais determinísticos; Lei de Moore e computação com programas armazenados; Computação paralela, aceleradores de hardware e limites das abordagens clássicas; Computador quântico como acelerador e potenciais ganhos de desempenho.
2. Conceitos básicos: qubits e a esfera de Bloch; estados quânticos na notação de Dirac; o problema da medida; operadores lineares e unitários, portas quânticas; mudanças de base; sistema de n qubits; entrelaçamento; estados de Bell e GHZ; testes de entrelaçamento; teorema da não clonagem.
3. Utilização de propriedades quânticas para comunicações seguras: Protocolo BB84 para distribuição de chaves quânticas; Teletransporte quântico;
4. Computador quântico num modelo de circuitos: conjunto universal de portas; components essenciais de um circuito quântico; primeiros exemplos de algoritmos quânticos (Deutsh-Joza, Grover, etc.)
5. Breves noções de correção de erros em qubits

Métodos de Avaliação

Avaliação
A avaliação é quantitativa, sendo avaliada a capacidade de resolver um problema computatcional num computador quântico usando qiskit e ainda a capacidade de síntese e de comunicação para um público não especializado. : 100.0%

Bibliografia

Qiskit : https://www.ibm.com/quantum/qiskit ;
"Quantum Computing: An Applied Approach" Jack D. Hidary, second edition, 2021, Springer.
“Quantum Computing for Everyone”, Chris Bernhardt, 2019, The MIT Press.
“A Pratical Guide to Quantum Machine Learning and Quantum Optimization”, Elias Combarro, Samuel Gonzalez-Castillo, 1st edition, 2023, Packt Publishing.
“Quantum Computing in Practice with Qiskit® and IBM Quantum Experience”, Robert Loredo, 2020, Packt Publishing “.
Quantum Experience with Qiskit®: Practical recipes for quantum computer coding at the gate and algorithm level”,Norlén, Hassi , 2020, Packt Publishing.