Sistemas físicos para información cuántica

Esta materia ofértase nos Títulos de Máster en Física (MF) e Máster en Ciencia e Tecnoloxías da Información Cuántica (MCTIC). Os obxectivos son os seguintes

MF:
-Comprender conceptualmente (principios físicos) as diferentes implementacións físicas de operacións computacionais e de encriptación cuántica: xeración dos N-qudits, manipulación e detección física de N-qudits.
-Saber implementar (configuración e deseño) compoñentes e circuitos cuánticos elementais para computación cuántica con distintos sistemas físicos.
-Saber implementar distintos protocolos de encriptación cuántica con sistemas fotónicos ou híbridos, usando distintas fontes cuánticas.
-Coñecer as vantaxes e limitacións de cada un dos sistemas físicos para información cuántica.
-Comprender as distintas técnicas físicas de detección de estados qubit (N-qudits) en diferentes sistemas físicos.
-Coñecer e saber aplicar estratexias para configurar sistemas fotónicos e opto-atómicos que implementen operacións fundamentais no ámbito da computación e a encriptación cuántica.
-Coñecer e saber aplicar estratexias para configurar sistemas supercondutores e de estado sólido que implementen operacións fundamentais no ámbito da computación cuántica.
-Coñecer e saber aplicar estratexias para configurar sistemas de detección de estados cuánticos no ámbito dos sistemas fotónicos, supercondutores e de estado sólido.

Resultados da Aprendizaxe
Os estudantes terán unha visión xeral dos diferentes sistemas físicos de información cuántica, e deberán ser capaces de:
-Comprender conceptualmente (principios físicos) as diferentes implementacións físicas de operacións computacionais e cifrado cuántico: xeración de N-qudits, manipulación e detección física de N-qudits.
-Saber implementar (configuración e deseño) compoñentes e circuítos cuánticos elementais para computación cuántica con diferentes sistemas físicos.
-Saber implementar diferentes protocolos de cifrado cuántico con sistemas fotónicos ou híbridos, utilizando diferentes fontes cuánticas.
-Coñecer as vantaxes e limitacións de cada un dos sistemas físicos para a información cuántica.
-Comprender as diferentes técnicas físicas para detectar estados de qubit (N-qudits) en diferentes sistemas físicos.



MCTIC:
Esta asignatura proporciona ao alumno os aspectos teóricos e as ferramentas conceptuais e formais para coñecer con certa profundidade implementacions físicas, usando diferentes sistemas físicos, de operacións cuánticas para procesado e computación cuántica, comunicacións cuánticas e metroloxía cuántica. Os sistemas estudados son os de tipo totalmente fotónico, os opto-atómicos (cavidades cuánticas, ions atrapados, redes ópticas, …), os de materia condensada (RMN, puntos cuánticos, …) e os de sistemas superconductores. Finalízase co estudo de distintos sistemas de detección de estados cuánticos 1-qubit, 2-qubits e en xeral N-qubits e N-qudits.

Resultados da Aprendizaxe
CON6.-Adquirir coñecementos sobre sistemas físicos susceptibles de implementar o tratamento da información en grados de liberdade cuánticos.
CON7.-Ter coñecementos sobre óptica cuántica e o papel e as propiedades da luz e a sua manipulación no procesado da información e as comunicacións cuánticas.
CON8.-Ter coñecementos sobre complexidade computacional, as novas clases de complexidade e as oportunidades que ofrece a computación cuántica para abordar problemas de clase NP

Os contidos para o MF e o MCTIF son os mesmos, nomeadamente

-Sistemas fotónicos con elementos ópticos discretos (divisores, retardadores, ...), elementos micro-ópticos e integrados lineais (acopladores direccionais, ...), elementos non lineais e topolóxicos, etc. para computación cuántica de propósito específico, para simulación física, para comunicacións cuánticas (teleportación fotónica, criptografía con estados de luz cuántica non entretecida e entretecida, comunicación densa, ...), e para metroloxía cuántica.
-Sistemas opto-atómicos (e de óptica atómica) para computación cuántica de propósito xeral e específico. Interacción Luz-Materia de Jaynes-Cummings e efecto Ramsey. Cavidades opto-cuánticas. Sistemas de ions atrapados. Sistemas de redes ópticas.
-Sistemas de materia condensada para computación cuántica de propósito específico e xeral, para simulación cuántica e para metroloxía cuántica. Sistemas RMN. Sistemas NVC. Sistemas semiconductores de puntos cuánticos.
-Sistemas supercondutores para computación cuántica de propósito xeral e específico, para simulación cuántica e para metroloxía cuántica. Unións Josephson. Qbits de carga e fluxo.
-Sistemas de detección e medida de estados de N-qubits e N-qudits. Métodos de coincidencias. Métodos de ionización de campo. Método Electron-Shelving. Metodo FID (RMN). Medida de número de fotóns, etc

Bibliografía Básica
-Material docente elaborado polos profesores sobre "Sistemas Físicos para Información Cuántica" ubicado dixitalmente na Aula Virtual da materia.

Bibliografía Complementaria
-P.Lambropoulos, D. Petrosyan, Fundamentals of Quantum Optics and Quantum Information, Springer 2007.
-M.Nakahara and T. Ohmi, Quantum Computing, from Linear Algebra to Physical Realizations, CRC Press, 2008.
-G.Chen et.al., Quantum Computing Devices, Principles, Designs and Analysis, Chapman and Hall /CRC 2007.
-P.Kok and B. W. Lovett, Introduction to Optical Quantum Information Processing Cambridge Univ Press. 2010.
-D.Bouemeester, A. Ekert, A. Zeilinger (Editors), The Physics of Quantum Information: Quantum Cryptography, Quantum Teleportation, Quantum Computation. Springer


Recursos bibliográficos na rede
-No material docente elaborado polos profesores sobre "Sistemas Físicos para Información Cuántica" ubicado na Aula Virtual hai ligazóns a páxinas web.
-Pathak A., Banerjee A., Optical Quantum Informaction and Quantum Communications, http://dx.doi.org/10.1117/3.2240896
-G.Grynberg, A.Aspect, C.Fabre, Introduction to Quantum Optics
http://www.fulviofrisone.com/attachments/article/404/intoduction%20to%2…

MF:
CG01 - Adquirir a capacidade de realizar traballos de investigación en equipo.
CG02 - Ter capacidade de análise e de síntese.
CG03 - Adquirir a capacidade para redactar textos, artigos ou informes científicos conforme aos estándares de publicación.
CG04 - Familiarizarse coas distintas modalidades usadas para a difusión de resultados e divulgación de coñecementos en reunións científicas.
CG05 - Aplicar os coñecementos á resolución de problemas complexos.
CB6 - Posuír e comprender coñecementos que aporten unha base ou oportunidade de ser orixinais no desenvolvemento e/ou aplicación de ideas, a miúdo nun contexto de investigación
CB7 - Que os estudantes saiban aplicar os coñecementos adquiridos e a súa capacidade de resolución de problemas en contornas novas ou pouco coñecidas dentro de contextos máis amplos (ou multidisciplinares) relacionados coa súa área de estudo
CB8 - Que os estudantes sexan capaces de integrar coñecementos e enfrontarse á complexidade de formular xuízos a partir dunha información que, sendo incompleta ou limitada, inclúa reflexións sobre as responsabilidades sociais e éticas vinculadas á aplicación dos seus coñecementos e xuízos
CB9 - Que os estudantes saiban comunicar as súas conclusións e os coñecementos e razóns últimas que as sustentan a públicos especializados e non especializados dun modo claro e sen ambigüedades
CB10 - Que os estudantes posúan as habilidades de aprendizaxe que lles permitan continuar estudando dun modo que haberá de ser en gran medida autodirigido ou autónomo.
CT01 - Capacidade para interpretar textos, documentación, informes e artigos académicos en inglés, idioma científico por excelencia.
CT02 - Desenvolver a capacidade para a toma de decisións responsables en situacións complexas e/ou responsables.
CE07 - Adquirir a capacitación para o uso das principais ferramentas computacionais e o manexo das principais técnicas experimentais da Física Nuclear e de Partículas.
CE08 - Adquirir un coñecemento en profundidade da estrutura da materia no réxime de baixas enerxías e a súa caracterización..
CE11 - Adquirir coñecementos e dominio das estratexias e sistemas de transmisión da luz e a radiación.
CE12 - Proporcionar unha formación especializada, nos distintos campos que abarca a Física Fundamental: desde a física medioambiental, a física de fluídos ou a acústica ata fenómenos cuánticos e de radiación coas súas aplicacións tecnolóxicas, médicas, etc.



MCTIC
O alumnado que curse esta materia adquirirá as capacidades e habilidades de pensamento crítico e creativo, comunicación e traballo colaborativo que se sinalan na memoria de verificación do título HD1,HD2,HD2,HD3. Ademais das competencias básicas (CB1-CB5), xerais (CG1-CG4) e transversais (CT1-CT8) especificadas na memoria de verificación do título, o alumnado adquirirá as seguintes competencias específicas para esta materia:
C4.-Coñecer e ser capaz de aplicar as teorías físicas inherentes á comprensión dos sistemas (fotónicos, de estado sólido, supercondutores, ...) de procesado da información cuántica, incluíndo a termodinámica cuántica, así como os aspectos avanzados do magnetismo e da mecánica cuántica.
C6.-Coñecer e comprender a natureza das plataformas físicas para o tratamento da información cuántica en sistemas de estado sólido: sistemas superconductores, criociencia e materiais cuánticos, incluíndo o estudo dos estados topolóxicos.

-Impartiranse as horas de clase presencial segundo o calendario oficial dos Másteres, nas que se explicarán, utilizando distintos medios audiovisuais, os contidos da materia, e se farán ou introducirán exercicios e problemas ilustrativos e/ou aclaratorios dos ditos contenidos.
-Aos alumnos iráselles suministrando un material (en xeral, en soporte electrónico) que abrangue tanto o desenvolvemento dos contidos teóricos coma os enunciados de exercicio e problemas, e mesmo a descrición de aspectos máis experimentais dos sistemas obxecto de estudo.
-Utilizarase o Campus Virtual da USC para dar información xeral e específica sobre a materia, para ubicar material docente, propoñer actividades, etc.

A avaliación da materia consistirá básicamente na avaliación continua tendo en conta que:
-É obligatorio asistir ás clases expositivas e interactivas e realizar os exercicios propostos nas mesmas.
-Propoñeranse traballos específicos onde o alumno poñerá en práctica os métodos e técnicas aprendidos nalgún aspecto concreto do curso.
-Contemplarase a posibilidade de realizar un examen só excepcionalmente no caso de que non se teña completado algún dos criterios anteriores e sexa necesario para avaliar se o alumno ten adquiridas as competencias da asignatura.

Actividades a avaliar e o seu peso na nota global:
-Realización dos exercicios (avaliación continua): 60%
-Presentación de traballos e/ou proxectos específicos (traballos de extensión): 40%

No caso de que un alumno non poida asistir á clases por causa xustificada ou teña dispensa de asistencia a clase, sustituirase dita asistencia por outra actividade: en xeral a realización dunha proba final, un traballo, etc, a criterio do profesor encargado da materia obxecto de avaliación.

-----

Para os casos de realización fraudulenta de exercicios ou probas será de aplicación o recollido na "Normativa de avaliación do rendemento académico dos estudantes e de revisión de cualificacións”:

Artigo 16. Realización fraudulenta de exercicios ou probas.
A realización fraudulenta dalgún exercicio ou proba esixida na avaliación dunha materia implicará a cualificación de suspenso na convocatoria correspondente, con independencia do proceso disciplinario que se poida seguir contra o alumno infractor. Considerarse fraudulenta, entre outras, a realización de traballos plaxiados ou obtidos de fontes accesibles ao público sen reelaboración ou reinterpretación e sen citas aos autores e das fontes.

3 ECTS distribuídos como segue:
Horas presenciais:
-Expositivo-Interactivas: 26 horas
Horas non presenciais (49 horas) adicadas a:
-Estudo dos contidos teóricos (conceptuais-formais)
-Realización de problemas/actividades
-Reelaboración de problemas/actividades

-Recoméndase, inda que non é imprescindible. que o alumno teña ou adquira coñecementos de Mecánica Cuántica, Optica Cuántica, e Física do Estado Sólido.
-Recoméndase ler cada día as notas de clase, e detectar dúbidas para ser planteadas na clase ou en titorías.
-Recoméndase que faga (e mesmo refaga) os exercicios, problemas e actividades propostos con constancia.

-Esta materia está orientada á formación especializada no campo da información e as tecnoloxías cuánticas.
-É unha materia transversal, compatible dende calquera das especialidades ou módulos do Máster en Física e do Máster en Ciencia e Tecnoloxías da Información Cuántica.
-Se ben pode cursarse sen ter os fundamentos de información cuántica, recoméndase adquirilos.