Programación e implementación de algoritmos cuánticos

El propósito de los computadores cuánticos es aprovechar las propiedades cuánticas de los qubits y poder ejecutar algoritmos cuánticos que utilizan la superposición y el entrelazamiento para ofrecer una capacidad de procesamiento mucho mayor que los algoritmos clásicos. Es importante indicar que el verdadero cambio de paradigma no consiste en hacer lo mismo que hacen las computadoras digitales o clásicas, sino que los algoritmos cuánticos permiten realizar ciertas operaciones de una manera totalmente diferente que en muchos casos resulta ser más eficiente, es decir, en mucho menos tiempo o utilizando muchos menos recursos computacionales. Esta asignatura presenta una serie de algoritmos cuánticos que proporcionan ventajas computacionales sobre los mejores algoritmos clásicos equivalentes. Aunque alguno de estos algoritmos no tienen una aplicación práctica directa o su implementación es inviable en los computadores cuánticos actuales, son un claro ejemplo de las posibilidades que la computación cuántica ofrece para tratar problemas irresolubles clasicamente.

Este curso está diseñado para que los estudiantes aprendan en el laboratorio aspectos relevantes de la programación cuántica de algoritmos vistos anteriormente.

Como resultado del aprendizaje el alumnado que curse esta materia podrá:

CON_03: Conocer las bases físicas que permiten codificar y procesar información. Comprensión de las nuevas reglas que impone la Mecánica Cuántica para su procesado.
CON_04: Tener conocimientos de computación cuántica, algoritmia, circuitos, su programación en diferentes lenguajes y plataformas accesibles.

1- Introducción a los algoritmos cuánticos “clasicos”
2- Paralelismo cuántico
3- Oráculos cuánticos
4- Algoritmos cuánticos “clasicos”:
a. Algoritmos de Deutsch y Deutsch-Jozsa
b. Algoritmo de Bernstein-Vazirani
c. Algoritmo de periodicidad de Simon
5- Algoritmo de búsqueda de Grover: amplificación de amplitud
6- Transformada Cuántica de Fourier
7- Algoritmo Cuántico de Estimación de Fase
8- Algoritmo de factorización de Shor

Básica:
- Notas de Clase
- Varios autores, Qiskit textbook: Quantum protocols and quantum algorithms, Disponible online en: https://qiskit.org/learn/course/quantum-protocols-and-quantum-algorithm…

Complementaria:
- Thomas G. Wong. Introduction to Classical and Quantum Computing, capítulo 7, Rooted Grove, 2022
- Noson S. Yanofsky y Mirco A. Mannucci. Quantum computing for computer scientists, capítulo 6, Cambridge University Press, 2008.
- M.A. Nielsen and I.L. Chuang: Quantum Computation and Quantum Information, capítulos 4-6, Cambridge, 2010.

El alumnado que curse esta materia adquirirá las habilidades y destrezas de pensamiento crítico y creativo, de comunicación y de trabajo colaborativo que se señalan en la memoria de verificación del título (HD0, HD1, HD2, HD3).

Además de las competencias básicas (CB1-CB5), generales (CG1-CG4) y transversales (CT1-CT8) que se especifican en la memoria de verificación del título, el alumnado adquirirá las siguientes competencias específicas de esta asignatura

Competencias Específicas:

CE_7: Adquirir y saber aplicar los principios básicos de la computación cuántica: analizar, comprender e implementar algoritmos cuánticos, dominando los lenguajes informáticos apropiados así como comprender el paradigma de circuito cuántico.

Las clases serán presenciales y se retrasmitirán de forma síncrona a los demás campus

- Clases expositivas: en ellas se explicarán los contenidos programados y se responderán las dudas que surjan.
- Clases prácticas: se propondrán ejercicios y problemas que los estudiantes deberán resolver en el laboratorio y en su tiempo de trabajo propio. Se dará protagonismo al alumnado para que presente sus resultados. Puesta en común de dudas.
- Prácticas de laboratorio: sesiones prácticas en aulas de informática dedicados resolución de los problemas propuestos.
- Trabajo autónomo: en este tiempo se llevará a cabo el estudio de la materia y la resolución de tareas propuestas.

Habrá una plataforma virtual donde se hará accesible material formativo e informativo esencial y suplementario.

La evaluación de la materia será una combinación de diferentes aspectos. La ponderación será fijada y anunciada cada curso dentro de los márgenes aprobados en la memoria de verificación.

Oportunidad ordinaria:
1 - Exámenes y/o tests parciales y/o finales.
Ponderación: 40%

2- Evaluación continua: asistencia y participación a las clases expositivas e interactivas, entrega de ejercicios y problemas resueltos, exposición voluntaria de resultados.
Ponderación: 60%

Oportunidad de recuperación (julio) y extraordinaria:
La valoración será igual que en la oportunidad ordinaria. Los alumnos que no entregaron los trabajos propuestos a lo largo del cuatrimestre los deberán entregar antes de la fecha del examen teórico.

Clases expositivas: 10 horas
Clases prácticas: 5 horas
Prácticas de laboratorio: 10 horas
Titorías: 3 horas
Trabajo personal del alumnado: 47 horas.

Total: 75 horas