Tantárgy » BMEVIHIAV06
Bevezetés a kvantum-informatikába és kommunikációba
Introduction to Quantum Computing and Communication
A tantárgyleírás hatályossága
Hatályosság kezdete:
2026. March 21.
Hatályosság vége:
—
| Tantárgy neve (magyarul, angolul) |
Bevezetés a kvantum-informatikába és kommunikációba
Introduction to Quantum Computing and Communication
|
||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tantárgykód | BMEVIHIAV06 | ||||||||||||
| Tantárgyjelleg | — | ||||||||||||
| Képzési szint | — | ||||||||||||
| Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves) |
|
||||||||||||
| Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa | félévközi érdemjegy | ||||||||||||
| Tantárgy kreditértéke | 2 | ||||||||||||
| Tantárgyfelelős |
DR. Imre Sándor Zsolt
beosztás: egyetemi tanár
elérhetőség:
imre.sandor@vik.bme.hu
|
||||||||||||
| Tantárgyat gondozó oktatási szervezeti egység |
Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék
|
||||||||||||
| Kar | Villamosmérnöki és Informatikai Kar | ||||||||||||
| Tantárgy weboldala | — | ||||||||||||
| Tantárgy elsődleges mintatantervi jellege | — | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Erős előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Gyenge előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Párhuzamos előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Mérföldkő előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Kizáró feltétel | nincs |
Célkitűzés
Tantárgyprogram
1. Bevezetés. Motiváció.
A második kvantumtechnológiai forradalom. A kvantuminformatika motivációja. A Moore-törvény korlátja és a kvantummechanika kapcsolata. A kvantuminformatika alkalmazásának lehetőségei. A kvantummechanika rövid története. A gyök NOT kapu rejtélye (kvantum interferométer)
2. A kvantuminformatika posztulátumai:
A Hilbert-tér és a kvantummechanika kapcsolata, egyszerűsített leírás . Kvantuminformatikai jelölések, komplex valószínűségi amplitúdók. A kvantummechanika posztulátumai
3. Egybites és több bites kvantumkapuk. Összefonódás. Bell-állapotok.
4. Hogyan működik egy kvantumszámítógép? Kvantumkapuból kvantumáramkör, abból kvantumszámítógép. Kvantumpárhuzamosság.
5. Kvantumáramkör összeállítása az IBM Quantum Composerben
6. Az IBM QuantumLab használata
7. Optikai és kvantumoptikai alapismeretek: a klasszikus optikai átvitel és az optikai alapú kvantumkommunikáció ismertetése. Polarizáció jelentősége a kvantumkommunikációs rendszerekben. Lézer. Egyfoton források.
8. Kvantumkommunikációs protokollok: Szupersűrűségű tömörítés. Teleportálás. Közeghozzáférés
9. Kvantum alapú kulcsszétosztás: előállít-és-megmér és összefonódáson alapuló QKD
10. Vezetékes és szabadtéri kvantumkommunikáció története: az első kísérlettől a szabványokig.
11. Magyar kvantuminformatikai és kvantumkommunikációs eredmények
12. Európai kvantumkommunikációs infrastruktúra: előzmények, architektúra, fejlesztések
13. Kvantuminformatika és kvantumkommunikáció piaca
14. A félév összefoglalása. Kvantuminformatikai és kvantumkommunikációs jövőkép
A második kvantumtechnológiai forradalom. A kvantuminformatika motivációja. A Moore-törvény korlátja és a kvantummechanika kapcsolata. A kvantuminformatika alkalmazásának lehetőségei. A kvantummechanika rövid története. A gyök NOT kapu rejtélye (kvantum interferométer)
2. A kvantuminformatika posztulátumai:
A Hilbert-tér és a kvantummechanika kapcsolata, egyszerűsített leírás . Kvantuminformatikai jelölések, komplex valószínűségi amplitúdók. A kvantummechanika posztulátumai
3. Egybites és több bites kvantumkapuk. Összefonódás. Bell-állapotok.
4. Hogyan működik egy kvantumszámítógép? Kvantumkapuból kvantumáramkör, abból kvantumszámítógép. Kvantumpárhuzamosság.
5. Kvantumáramkör összeállítása az IBM Quantum Composerben
6. Az IBM QuantumLab használata
7. Optikai és kvantumoptikai alapismeretek: a klasszikus optikai átvitel és az optikai alapú kvantumkommunikáció ismertetése. Polarizáció jelentősége a kvantumkommunikációs rendszerekben. Lézer. Egyfoton források.
8. Kvantumkommunikációs protokollok: Szupersűrűségű tömörítés. Teleportálás. Közeghozzáférés
9. Kvantum alapú kulcsszétosztás: előállít-és-megmér és összefonódáson alapuló QKD
10. Vezetékes és szabadtéri kvantumkommunikáció története: az első kísérlettől a szabványokig.
11. Magyar kvantuminformatikai és kvantumkommunikációs eredmények
12. Európai kvantumkommunikációs infrastruktúra: előzmények, architektúra, fejlesztések
13. Kvantuminformatika és kvantumkommunikáció piaca
14. A félév összefoglalása. Kvantuminformatikai és kvantumkommunikációs jövőkép
Napjaink számítástechnikai eszközei teljesítőképességük elvi határához érkeztek, mivel az áramköri elemek a jelenlegi technológiával tovább nem csökkenthetők lényegesen. Ugyanakkor egyre több informatikai és távközlési feladat vár megoldásra, melyeket a jelenlegi számítástechnikai kapacitásokkal reménytelen megoldani, csupán szuboptimális megoldások alkalmazhatók. E kettős problémakörre kínál megoldást a kvantummechanikai alapokra épülő ún. kvantum informatika és kommunikáció, mely egyfelől atomi méretekre zsugorítja az áramköri elemeket, másfelől nagyfokú párhuzamosíthatóságot tesz lehetővé, ezáltal lényegesen redukálva a számítási időt, harmadrészt pedig a klasszikus világban szokatlan megoldási lehetőségeket is kínál (pl. teleportálás). A tantárgy célja, hogy bemutatni a kvantum informatikát és a kvantumkommunikáció alkalmazásának lehetőségeit. A kurzus célja elmagyarázni a kvantum áramkörök alapjait és több kvantuminformatikai algoritmust, valamint megvilágítani kvantuminformatika fontosságát és alkalmazhatóságának sokszínűségét. A tárgy röviden ismerteti a gyakorlati megvalósítás alapjait is.
Tanulmányi eredmények
Ez a tantárgy a KKK rendeletben meghatározott, következő kompetenciák fejlesztését szolgálja:
Tudás
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Képességek
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Attitűd
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Autonómia és felelősség
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Oktatási módszertan
Előadás (illusztratív példákkal)
Tanulástámogató anyagok
Online források
S. Imre, F. Balázs: Quantum Computing and Communications – An Engineering Approach, Wiley, 2005 (néhány példányban kölcsönözhető).
A tantárgy teljesítéséhez ajánlott előzetes ismeretek
Tudás típusú kompetenciák
(azon előzetes ismeretek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
Valószínűségszámítás
Képesség típusú kompetenciák
(azon előzetes képességek és készségek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
nincs
Ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák
(azon ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák összessége, amelyek jelentősen hozzájárulnak a tantárgy eredményes teljesítéséhez)
Valószínűségszámítás
Általános szabályok
Követelmények:
A
szorgalmi időszakban:
A félév során két kiszárthelyi dolgozat megírása kötelező, amelyek egyenként 30 pont értékűek.
A félév során továbbá egy házi feladatot kell készíteni, további 40 pontért. A házi feladat beadási határideje a szorgalmi időszak 11. oktatási hetének pénteki napja.
Így összesen 100 pontot (30+30+40) lehet összegyűjteni. Az összegyűjtött pontok alapján alakul ki a félév végi érdemjegy, 40, 55, 70, 85 pontos ponthatárokkal.
b. A vizsgaidőszakban: -
c. Elővizsga: -
Pótlási lehetőségek:
A két kiszárthelyi dolgozat (akár egyik, akár mindkettő) pótolható a pótlási héten.
A házi feladat pótolható a pótlási hét 4. napjáig.
Teljesítményértékelési módszerek
Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása
Nincs megadva részletes értékelés.
Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részaránya
Nincs megadva részarány.
Vizsgaidőszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása
Nincs megadva részletes értékelés.
Vizsgarészek részaránya
Nincs megadva részarány.
Érdemjegy megállapítása
Nincs megadva érdemjegy határ.
Jelenléti és részvételi követelmények
Nincs megadva jelenléti követelmény.
Javítás, ismétlés és pótlás különös szabályai
Nincs megadva.
Rövid leírás
Nincs megadva.
Részletes leírás
Nincs megadva.
Ajánlott tantárgyak
Tematikaütközés miatt a tárgyat csak azok vehetik fel, akik korábban nem hallgatták a következő tárgyakat:
BMEVIHIMA14 Kvantum-informatika és kommunikáció
A tantárgy elvégzéséhez szükséges tanulmányi munka
Nincs megadva munkaidő bontás.
Tantárgykövetelmények hatályossága
Tantárgykövetelmények hatályosságának kezdete:
—
Tantárgykövetelmények hatályosságának vége:
—
Tantervi elhelyezés
Nincsenek rögzített tantervi elhelyezések ehhez a tárgyverzióhoz.