Курсы по физике от Открытого Образования

Курс «Квантовая криптография» является первой частью курса, который посвящен современной и быстроразвивающейся области науки и технологии – квантовой криптографии. Истоки классический криптографии уходят в глубокое прошлое, это одна из старейших наук, история которой насчитывает несколько тысяч лет. По сравнению с этим огромным сроком квантовая криптография зародилась буквально на наших глазах. В ее основе лежит идея, которая впервые была высказана всего несколько десятилетий назад, и заключается в использовании квантовых объектов для защиты информации от подделки и несанкционированного доступа, что позволяет создать практически абсолютную защиту шифрованных данных от взлома.

В настоящем курсе будут рассмотрены базовые протоколы квантового распределения ключей; основные фундаментальные принципы работы и устройство современных систем квантового распределения криптографических ключей, понятийный и математический аппарат, используемый при доказательстве стойкости систем квантовой криптографии, как в оптоволоконном варианте, так и работающих через открытое пространство; различные виды атак на такие системы, а также методов противодействия им. Мы рассмотрим принципиальные отличия и новые возможности, по сравнению с классическими методами распределения ключей.

Курс «Протоколы квантовой криптографии: от теории к практике» является продолжением курса «Квантовая криптография». В этом курсе слушатели научатся анализировать криптографическую стойкость систем, использующих различные протоколы квантового распределения ключей, по отношению к различным атакам на них, а также применять полученные знания при решении и постановке типовых задач в области квантовой криптографии.

Будут рассмотрены квантовые генераторы случайных чисел, основанные как на дискретных, так и непрерывных исходах измерений. Будет продемонстрирована связь критериев секретности, используемых в квантовой криптографии с переборными критериями, применяемыми в классической криптографии.

Основная задача курса – познакомить слушателей с бурно развивающейся областью науки и технологии на стыке физики и компьютерных наук – квантовыми вычислениями. В последние годы квантовые вычислительные устройства постепенно выходят из физических лабораторий и становятся прикладными разработками, которыми занимаются R&D отделы ведущих IT компаний мира. Квантовые алгоритмы из любопытных теоретических конструкций превращаются в прикладные инструменты, предназначенные для решения сложных вычислительных задач. Вместе с тем, атмосфера ажиотажа вокруг квантовых вычислений приводит к некоторой переоценке достижений и явному кризису завышенных ожиданий от технологии со стороны IT специалистов с одной стороны, и зачастую необоснованной критике со стороны специалистов-физиков с другой. При этом число хороших образовательных ресурсов, посвященных этой сложной тематике, в особенности на русском языке, очень ограничено. В нашем курсе мы постараемся создать у слушателей теоретическую базу в области квантовых вычислений в достаточном объеме для того, чтобы позволить им самостоятельно разбираться в современных работах по этой тематике.

В курсе будет рассмотрена гейтовая модель квантовых вычислений и универсальные наборы квантовых логических вентилей. Мы поговорим об основных типах квантовых алгоритмов, таких как алгоритм оценки фазы, алгоритм Шора и другие алгоритмы, основанные на квантовом преобразовании Фурье; алгоритм Гровера и квантовые алгоритмы поиска; квантовые вариационные алгоритмы. Подробно обсудим проблемы борьбы с декогеренцией и ошибками в квантовых вентилях, вопросы построения квантовых кодов коррекции ошибок. Будут рассмотрены варианты архитектуры квантового компьютера, устойчивого к ошибкам. Мы обсудим вопросы принципиальной возможности создания устойчивого к ошибкам квантового компьютера и реальное положение дел при современном уровне развития технологий.

Курс лекций посвящен рассмотрению современного уровня развития важной отрасли - квантовых технологий, а также ее ближайших и долгосрочных перспектив. Какие продукты ожидают человечество в этой таинственной области знания, которая выходит за пределы нашего повседневного опыта? Какова роль научных исследований - и теоретических, и экспериментальных, что такое "квантовый инженер", как "квантовые парадоксы" помогают учить студентов, что может/не может квантовый компьютер, почему нельзя извлечь информацию из одного фотона и как этот факт позволяет построить абсолютно защищенные системы передачи информации, а также многое другое - все эти вопросы будут поставлены и разрешены в курсе.

Мы расскажем о том, как современные инструменты физического эксперимента позволяют манипулировать одиночными атомами и фотонами, как сохранить, а потом извлечь информацию при помощи квантовых объектов, что значит "измерить состояние квантовой системы" и, наконец, зачем все это нужно человечеству... От атомной бомбы к управлению одиночным атомом, от лазера к статистике фотонов, от кристаллических решеток к фотонным кристаллам: в этой науке все происходит наоборот - ученые двигаются от больших и сложных систем к малым и простым. Все это мы постараемся объяснить в нашем курсе.

Целью изучения дисциплины «Основы квантовой оптики» является формирование у слушателей комплекса современных теоретических и практических знаний и навыков в области квантовой и статистической оптики. В рамках данного курса будут рассмотрены наиболее распространенные квантовые состояния света, методы их описания, приготовления, преобразования, измерения и применения в практических задачах квантовых вычислений, квантовой связи и квантовой метрологии.