Tantárgy » BMEVIHIMA24
Kvantumszámítógépek és alkalmazásaik
Quantum Computers and their Applications
A tantárgyleírás hatályossága
Hatályosság kezdete:
2026. March 21.
Hatályosság vége:
—
| Tantárgy neve (magyarul, angolul) |
Kvantumszámítógépek és alkalmazásaik
Quantum Computers and their Applications
|
||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tantárgykód | BMEVIHIMA24 | ||||||||||||
| Tantárgyjelleg | — | ||||||||||||
| Képzési szint | — | ||||||||||||
| Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves) |
|
||||||||||||
| Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa | vizsga | ||||||||||||
| Tantárgy kreditértéke | 5 | ||||||||||||
| 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
Motivációk. A kvantuminformatika alkalmazásának lehetőségei. Kvantummechanikai alapok.
Kvantuminformatika posztulátumai: kvantumbit, műveletek, mérés, regiszter. Összefonódás (entanglement) és hatásai.
Bell-állapotok. EPR-paradoxon. Mérési technikák.: projektív és POVM mérés.
Kvantumszámítógépek működésének alapjai (No Cloning Theorem, szuperpozícióban levő kvantumbit előállítása, kvantumpárhuzamosság). A kvantumalgoritmusok tervezési módszertana.
Kvantuminformatikai algoritmusok: adatbáziskezelés (adott elem megkeresése, optimumkeresés, hibavalószínűség csökkentése)
Kvantuminformatikai algoritmusok: kvantum Fourier-transzformáció, rendkeresés, Shor-algoritmus
Posztkvantumkriptográfia
Kvantumszámítógépek fizikai architektúrái és aktuális megvalósításának áttekintése
Kvantumhardverek megvalósítási kihívásai (kvantumbitek, kvantumkapuk hibajavítása)
Kvantumszámítógépek bonyolultsági problémaosztálya
Kvantumszámítógépek: benchmarking (https://standards.ieee.org/ieee/7131/10681/)
Kvantumszámítógépek programozása
Kvantum mesterséges intelligencia
Félév végi összefoglalás. Kitekintés: kvantumszámítógépek piaca és jövője
A gyakorlatok/laborok részletes tematikája
Műveletek kvantumbitekkel és kvantumregiszterekkel (tenzorszorzás)
Kvantuminformatikai algoritmusok tervezése (konstrukciós feladat)
Dekompozíció: unitér transzformáció visszavezetése elemi kapukra (gyakorlati példa: kvantum Fourier-transzformáció)
Kvantum alapú véletlenszámok statisztikai tesztelése
Kvantumbitek kezelése különböző architektúrájú kvantumszámítógéppel
Komplex kvantumalgoritmusok
Következő generációs kvantumszámítógépek
Kvantuminformatika posztulátumai: kvantumbit, műveletek, mérés, regiszter. Összefonódás (entanglement) és hatásai.
Bell-állapotok. EPR-paradoxon. Mérési technikák.: projektív és POVM mérés.
Kvantumszámítógépek működésének alapjai (No Cloning Theorem, szuperpozícióban levő kvantumbit előállítása, kvantumpárhuzamosság). A kvantumalgoritmusok tervezési módszertana.
Kvantuminformatikai algoritmusok: adatbáziskezelés (adott elem megkeresése, optimumkeresés, hibavalószínűség csökkentése)
Kvantuminformatikai algoritmusok: kvantum Fourier-transzformáció, rendkeresés, Shor-algoritmus
Posztkvantumkriptográfia
Kvantumszámítógépek fizikai architektúrái és aktuális megvalósításának áttekintése
Kvantumhardverek megvalósítási kihívásai (kvantumbitek, kvantumkapuk hibajavítása)
Kvantumszámítógépek bonyolultsági problémaosztálya
Kvantumszámítógépek: benchmarking (https://standards.ieee.org/ieee/7131/10681/)
Kvantumszámítógépek programozása
Kvantum mesterséges intelligencia
Félév végi összefoglalás. Kitekintés: kvantumszámítógépek piaca és jövője
A gyakorlatok/laborok részletes tematikája
Műveletek kvantumbitekkel és kvantumregiszterekkel (tenzorszorzás)
Kvantuminformatikai algoritmusok tervezése (konstrukciós feladat)
Dekompozíció: unitér transzformáció visszavezetése elemi kapukra (gyakorlati példa: kvantum Fourier-transzformáció)
Kvantum alapú véletlenszámok statisztikai tesztelése
Kvantumbitek kezelése különböző architektúrájú kvantumszámítógéppel
Komplex kvantumalgoritmusok
Következő generációs kvantumszámítógépek
A tárgy fő célkitűzései egyfelől a kvantumszámítógépek működésére és programozására vonatkozó ismeretek átadása. Ezen belül a hallgatók megismerkednek a különféle kvantumszámítógépes architektúrákkal. Másfelől bemutatjuk a kvantumos algoritmusok tervezési módszertanát és a legfontosabb hatékony algoritmusokat, illetve azokat a korszerű kvantumszámítógép-programozási nyelveket, rendszereket, melyek lehetővé teszik ezek futtatását a kvantumszámítógépeken. Végezetül a hallgatók megismerkednek a kvantuminformatikai rendszerek minősítését lehetővé benchmarking technikákkal.
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. A tárgy sikeres elvégzése és az ismeretek egymásra épülése miatt a leadott tananyag folyamatos elsajátítása szükséges.
Gyakorlat: Az előadáson elhangzottak áttekintése, gyakorlati példákkal történő kiegészítése.
Tanulástámogató anyagok
Online források
S. Imre, F. Balázs: Quantum Computing and Communications – An Engineering Approach, Published by John Wiley and Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England, 2005, ISBN 0-470-86902-X, 283 oldal (néhány példányban kölcsönözhető).; További magyar és angol nyelvű segédanyagok elektronikus formában érhetők el.
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, lineáris algebra
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, lineáris algebra
Általános szabályok
Követelmények:
Szorgalmi időszakban
A szorgalmi időszakban 1 darab nagy zárthelyi dolgozatot írnak a hallgatók, valamint 2 kis házi feladatot készítenek. Az aláírás feltétele: a nagy zárthelyi dolgozat pontszámából el kell érni legalább 40%-ot ÉS a két kis házi feladat összpontszámából is legalább 40%-ot el kell érni.
Vizsgaidőszakban
Szóbeli vizsga.
Pótlási lehetőségek:
A nagy zárthelyi pótlására a pótlási héten biztosítunk lehetőséget.
A két kis házi feladat késedelmes beadása a pótlási hét negyedik napjáig lehetséges különeljárási díj ellenében.
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
Nincs megadva.
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.