План-конспект лекційного заняття «Квантова інформація»

Тема заняття: Квантова інформація.

Мета заняття:

• навчальна: дати студентам поняття про кубіти, квантові гейти, квантову телепортацію, квантову інформацію, квантову криптографію.

• розвиваюча: сформувати інтерес до інформатики, розвити спостережливість, уважність, сприяти розвитку розуміння студентами основних понять з данної теми.

• виховна: розвити логічне мислення, уважність, творчу уяву.

Тип заняття: вивчення нового матеріалу.

Вид заняття: лекція.

Методи навчання:

пояснювально-ілюстративний:

• більш конкретне, наочне пояснювання студентам навчального матеріалу.

частково-пошуковий метод:

• завдання студентам на пошук відповідей логічних запитань з конкретної теми;

• навідні запитання.

Опорні терміни і поняття: квантова інформація, кубіти, квантові гейти, квантова телепортація, квантова криптографія.

План заняття

I. Організаційний етап 10хв

ІІ. Перевірка домашнього завдання 20 хв

ІІІ. Підготовка до основного етапу заняття 10хв

IV. Засвоєння нових знань 40 хв

1. Квантова інформація. Кубіти. Квантові гейти.

2. Квантова телепортація.

3. Квантова криптографія.

V. Формування вмінь та навичок 20хв

VI. Підбиття підсумків заняття 15 хв

VII. Домашнє завдання 5 хв

Хід заняття

І. Організаційний етап

• Привітання.

• Перевірка відсутніх.

• Підготовка зошитів, ручок.

ІІ. Перевірка домашнього завдання

ІІІ. Підготовка до основного етапу заняття

1. Проголошення мети заняття: сьогодні на занятті студенти повинні сформувати поняття:

• квантової інформації, кубіта, квантового гейта, квантової телепортації, квантової криптографії.

розглянути:

• теоретичну частину, яка пояснює нам що являє собою розділ квантової інформації в інформатиці.

формувати вміння:

• можливість відтворення прослуховоного матеріалу;

• можливість виокремлення з данної теми суті;

• самостійно здобувати знання;

• застосовувати набуті знання, уміння, навички на практиці.

IV. Засвоєння нових знань

1. Квантова інформація. Кубіти. Квантові гейти.

Квантова інформація - основний предмет вивчення квантової інформатики - розділ науки на стику квантової механіки, і теорії інформації, що включає питання квантових обчислень і квантових алгоритмів, квантових комп'ютерів і квантової телепортації, квантової криптографії та проблеми декогерентності. Базовим поняттям класичної теорії інформації є біт, що приймає значення 0 або 1. Квантова інформація представляється в кубітах. Кубіти можуть перебувати в стані, що є суперпозицією 0 і 1. Кілька кубітів можуть бути в заплутаному стані ( англ. entangled ). У квантовій теорії інформації вивчаються загальні принципи і закони, що керують динамікою складних квантових систем (наприклад , квантових комп'ютерів).

Кубіт — це дворівнева квантовомеханічна система, наприклад, поляризація окремого фотона, яка може бути вертикальною або горизонтальною. В класичній системі біт завжди прийматиме одне з двох значень, але квантова механіка дозволяє кубітові перебувати в стані суперпозиції. Ця властивість кубіта є базисом для всієї теорії квантових обчислень.

На відміну від звичайного елемента, біта, який може приймати значення 0 та 1, кубіт може знаходитися в будь-якій суперпозиції цих двох станів. Лінійна суперпозиція базисних станів є чистим станом кубіта. Тому хвильова функція кубіта може бути записаною у вигляді кет-вектора, який є лінійною комбінацією  і :

,

де a і b — комплексні числа, які задовільняють умові нормування

.

При вимірюванні значення кубіта можна зафіксувати один із двох станів  і , як і для звичайного біта, причому ймовірність отримати на виході стан  дорівнює , а стан — . Перевага використання кубіта в тому, що при виконанні дій над кубітами одночасно обчислюються усі можливі значення виразів.