Guía docente de Información Cuántica y Aplicaciones (26711H1)

Para poder seguir el curso se requiere un dominio suficiente de las materias correspondientes a los módulos de Fundamentos cuánticos.

Poseer la capacidad de leer y comprender textos en inglés científico.

En el caso de utilizar herramientas de IA para el desarrollo de la asignatura, el estudiante debe adoptar un uso ético y responsable de las mismas. Se deben seguir las recomendaciones contenidas en el documento de "Recomendaciones para el uso de la inteligencia artificial en la UGR" publicado en esta ubicación: https://ceprud.ugr.es/formacion-tic/inteligencia-artificial/recomendaciones-ia#contenido0

1. Entrelazamiento cuántico. Concepto; teorema de Einstein-Podolsky-Rosen y desigualdades de Bell; entropías cuánticas.
2. Medida Cuántica. Teoría de la medida; desarrollos teóricos principales; interpretaciones y experimentos; base preferida y decoherencia.
3. Desarrollos experimentales recientes. Indeterminación, complementariedad y dualidad interferométrica; gato de Schrödinger; elección retardada; borrado cuántico.
4. Aplicaciones. Computación cuántica; teletransporte cuántico; criptografía cuántica; juegos cuánticos.

Tras cursar satisfactoriamente la asignatura, el alumno:

a) Conocería:

• Las principales cuestiones sobre fundamentos de la mecánica cuántica, la información cuántica, la computación cuántica y la comunicación cuántica.
• El significado del entrelazamiento cuántico como fenómeno científico y herramienta tecnológica.
• Nociones básicas sobre la concepción cuántica de la medida y los principales desarrollos teóricos relacionados.
• Algunos de los más recientes desarrollos experimentales en el campo.
• Las principales aplicaciones de la materia.

b) Debería:

• Haber percibido la gran revolución conceptual que ha supuesto la teoría cuántica.
• Ser capaz de abordar la principal bibliografía relacionada, comprendiendo los problemas planteados y las implementaciones experimentales acometidas.
• Haber comprendido la trascendencia sobre las aplicaciones actuales más importantes de la Información Cuántica, Computación Cuántica y la Comunicación Cuántica, y ser capaz de realizar explicaciones coherentes sobre ellas.

Tema 1. Introducción (Qubits. Puertas y circuitos cuánticos. Algoritmo de Deutsch. Fotones)

Tema 2. Matriz densidad (Colectividades y subsistemas. Mezcla estadística. Estados puros y mezcla de un qubit. Descomposición de Schmidt. Purificación)

Tema 3. Entrelazamiento (Desigualdades de Bell. Algunas aplicaciones del entrelazamiento. Condiciones de separabilidad. Destilación y formación de entrelazamiento. Operaciones locales y comunicación clásica. Medidas de entrelazamiento)

Tema 4. Dinámica cuántica generalizada (Canales cuánticos. Teorema de no clonación. Comunicación supralumínica)

Tema 5. Medidas cuánticas (Medidas proyectivas. Medidas generalizadas. Teorema de Naimark. Estrategias para discriminación de estados)

Tema 6. Criptografía cuántica (Protocolos B92, BB84 y E91. Compartición cuántica de secretos)

Tema 7. Algoritmos cuánticos (Algoritmos de Deutsch-Jozsa, Berstein-Vazirani, Grover, Simon. Transformada de Fourier y estimación de fases)

Tema 8. Máquinas cuánticas (Clonación aproximada)

Tema 9. Corrección de errores (Codificación de Shor. Método de estabilizadores)

Clases de problemas

• J. A. Bergou & M. Hillery, Introduction to the Theory of Quantum Information Processing (Springer, 2013).

• N. Nielsen & I. L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information (Cambridge UP, 2010).

• S. Barnett, Quantum Information (Oxford UP, 2009).

• J. Audretsch, Entangled Systems: New Directions in Quantum Physics (Wiley-VCH, 2007)

• D. McMahon, Quantum Computing Explained (Wiley, 2008).

• J. Preskill, Notas del curso (https://preskill.caltech.edu/ph229/)

• J. A. Bergou, M. Hillery & M. Saffman, Quantum Information Processing. Theory and Implementation (Springer, 2021).

• H. T. Williams, Discrete Quantum Mechanics (Morgan & Claypool Publishers, IOP, 2015).

• D. C. Marinescu, Classical and Quantum Information (Academic Press, 2011).

• E. G. Rieffel, Quantum Computing: A Gentle Introduction (M.I.T. Press, 2011).

• A. Zagoskin, Quantum Engineering: Theory and Design of Quantum Coherent Structures (Springer, 2011).

• A. Renyi, Diary on information theory (Wiley, 1987).

• R. P. Feynman, Lectures on Computation (Addison-Wesley, 1996)

• L. Brillouin, Science and Information Theory (Academic Press, 1962).

• T. M. Cover, J. A. Thomas, Elements of Information Theory (Wiley, 1991).

• N. Abramson, Information Theory and Coding (McGraw-Hill, 1963).

• R. G. Gallager, Information Theory and reliable communication (Wiley, 1983).

• G. Benenti, G. Casati, & G. Strini, Principles of Quantum Computation and Information, vols. I y II (World Scientific, 2007).

• B. Schumacher & M. D. Westmoreland, Quantum Processes, Systems and Information (Cambridge UP, 2010).

• M. M. Wilde, Quantum Information Theory (Cambridge UP, 2013).

• J. A. Jones & D. Jaksch, Quantum Information, Computation and Communication (Cambridge UP, 2012).

• V. Vedral, Introduction to Quantum Information Science (Oxford UP, 2006).

• G. Jaeger, Quantum Information: An Overview (Springer, 2007).

• A. Albert et al, Quantum Information. An Introduction to Basic Theoretical Concepts and Experiments (Springer, 2001).

• W. H. Steeb, Problems & Solutions in Quantum Computing & Quantum Information (World Scientific, 2004).

• E. Desurvire, Classical and Quantum Information Theory: An Introduction for the Telecom Scientist (Cambridge UP, 2011).

• I. Bengtsson & C. Zyczkowski, Geometry of Quantum States: An Introduction to Quantum Entanglement (Cambridge UP, 2006).

- Curso Preskill (apuntes), Curso en vídeos

- https://www.quantumoptics.net/

- https://qserver.usc.edu/quantum-links/

- Curso Ekert

- https://quantum.country/

• MD01. Lección magistral/expositiva 

• La evaluación será continua y se realizará mediante exámenes de teoría y problemas, prácticas de ordenador y trabajos opcionales, en los que los estudiantes tendrán que demostrar las competencias adquiridas.

• La nota final provendrá de dos pruebas de evaluación: 1) examen final y 2) entrega de trabajos y problemas, controles periódicos orales o escritos, y participación en clase, con porcentajes respectivos de 70% y 30% en la nota final. Se requerirá un mínimo de 4 sobre 10 para superar la primera prueba de evaluación (el examen final).

• Podrán solicitar evaluación por incidencias, los estudiantes que no puedan concurrir a las pruebas finales de evaluación (ordinaria, extraordinaria y única final) o a las programadas en la Guía Docente con fecha oficial, por alguna de las circunstancias recogidas en el artículo 9 de la Normativa de evaluación y de calificación de los estudiantes de la Universidad de Granada, siguiendo el procedimiento indicado en dicha normativa.

Un examen escrito que incluirá varias cuestiones teórico-prácticas y problemas, que abarcarán todos los resultados del aprendizaje, y con el que se podrá optar al 100% de la calificación.

De acuerdo con la Normativa de Evaluación y de Calificación de los Estudiantes de la UGR, se contempla la realización de una evaluación única final a la que podrán acogerse aquellos estudiantes que no puedan cumplir con el método de evaluación continua por algunos de los motivos recogidos en el Artículo 8. Para acogerse a la evaluación única final, el estudiante, en las dos primeras semanas de impartición de la asignatura, en las dos semanas siguientes a su matriculación si ésta se ha producido con posterioridad, o más tarde si hay causa sobrevenida, lo solicitará a través de la sede electrónica, alegando y acreditando las razones que le asisten para no poder seguir el sistema de evaluación continua. Aquellos estudiantes que se acojan a esta modalidad de evaluación, realizarán un examen escrito que incluirá varias cuestiones teórico-prácticas y problemas, que abarcarán todos los resultados del aprendizaje, y con el que se podrá optar al 100% de la calificación.

• Alumnos con necesidades específicas de apoyo educativo (NEAE)

Siguiendo las recomendaciones de la CRUE y del Secretariado de Inclusión y Diversidad de la UGR, los sistemas de adquisición y de evaluación de competencias recogidos en esta guía docente se aplicarán conforme al principio de diseño para todas las personas, facilitando el aprendizaje y la demostración de conocimientos de acuerdo a las necesidades y la diversidad funcional del alumnado. La metodología docente y la evaluación serán adaptadas al alumnado con NEAE, conforme al Artículo 11 de la Normativa de Evaluación y de Calificación de estudiantes de la UGR, publicada en el Boletín Oficial de la UGR nº 112, de 9 de noviembre de 2016

• Inclusión y Diversidad de la UGR

En el caso de estudiantes con discapacidad u otras NEAE, el sistema de tutoría deberá adaptarse a sus necesidades, de acuerdo a las recomendaciones de la Unidad de Inclusión de la UGR, procediendo los Departamentos y Centros a establecer las medidas adecuadas para que las tutorías se realicen en lugares accesibles. Asimismo, a petición del profesorado, se podrá solicitar apoyo a la unidad competente de la Universidad cuando se trate de adaptaciones metodológicas especiales.
Información de interés para alumnado con discapacidad y/o Necesidades Específicas de Apoyo Educativo (NEAE): Gestión de servicios y apoyos (https://ve.ugr.es/servicios/atencion-social/estudiantes-con-discapacidad).

Información de interés para estudiantado con discapacidad y/o Necesidades Específicas de Apoyo Educativo (NEAE): Gestión de servicios y apoyos (https://ve.ugr.es/servicios/atencion-social/estudiantes-con-discapacidad).

Información de interés para estudiantado con discapacidad y/o Necesidades Específicas de Apoyo Educativo (NEAE): Gestión de servicios y apoyos (https://ve.ugr.es/servicios/atencion-social/estudiantes-con-discapacidad).