General
Cilj predmeta Računalniške tehnologije je seznaniti študente z osnovnimi načeli moderne fizike, ki omogočajo razumeti delovanje tako današnjih računalnikov kot tudi prihajajočih računalniških in kvantnih tehnologij (kvantne komunikacije, kvantno računanje, kvantno simuliranje, kvantno zaznavanje). Podrobneje se obravnava osnove kvantne mehanike, zgradbo snovi, ter električne, optične in magnetne lastnosti tehnološko pomembnih materialov. Osnovne ideje so ilustrirane s primeri, ki so najbolj relevantni v računalništvu.
Obravnava je zadosti podrobna, da študenti usvojijo dovolj znanja za razumevanje najbolj pomembnih kvantnih algoritmov, kot so kvantna teleportacija, supergosto kodiranje, Groverjev algoritem za iskanje po neurejenih seznamih ter Shorov algoritem za faktorizacijo števil. Kvantna mehanika je odpredavana z vidika teorije informacij, s primeri v diskretnih prostorih (sistemi kubitov), tako da večinoma zadošča predznanje osnov linearne algebre, obvladovanje parcialnih diferencialnih enačb pa sploh ne bo potrebno.
Obravnavamo tudi gibanje elektronov v snovi, na podlagi tega pa prevodniške lastnosti različnih materialov (kovine, polprevodniki, topološki izolatorji) in nanotehnoloških naprav (enoelektronski tranzistor iz kvatnih pik, kvantne žice, spinski ventil). Nekaj povemo tudi o optičnih napravah, kot so laserji in fotodiode. Tako bomo spoznali vse pomembne gradnike prihajajočih "kvantnih tehnologij". Govora bo o kvantnih generatorjih naključnih števil, virih prepletenih fotonov in kvantnih pomnilnikih za izgradnjo "kvantnega interneta", o neverjetno natančnih atomskih urah in o izjemno občutljivih senzorjih z občutljivostjo, ki jo omejujejo samo osnovna načela kvantne fizike.
Za zabavo obdelamo še nekaj filozofsko zanimivih tem, ki kažejo, kako zelo nenavaden in neintuitiven je mikroskopski svet: kršitev lokalnega realizma (ni skritih spremenljivk, ki bi vnaprej določile izid meritve), "preizkuševalec bomb" (kako ugotoviti, ali bomba s kvantnim prožilcem deluje, ne da bi jo aktivirali, kar je v klasični mehaniki povsem nemogoče) in "kvantna radirka z zakasnjeno izbiro" (šele meritev odloči, ali se kvantni objekt obnaša kot delec ali kot valovanje).
Predava izr. prof. dr. Rok Žitko z Instituta Jožef Stefan in UL FMF, rok.zitko@ijs.si, domača stran, vaje bo vodil dr. Denis Golež, prav tako z IJS in FMF, denis.golez@ijs.si, domača stran.
Termini v letu 2022: predavanja bodo ob ponedeljkih od 9h do 12h v P04, vaje pa ob petkih od 7h do 9h v PR08. Prva predavanja bodo takoj ob začetku semestra, v ponedeljek 13. 2. 2023.
- Rok Žitko: Kvantne in računalniške tehnologije, DMFA, Ljubljana (2017)
Mnemonični učni medij Quantum computing for the very curious. Gre za nov (2019) spletni "učbenik" osnov kvantnega računalništva z interaktivnimi vprašanji, s periodičnim ponavljanjem z optimalno izbranim časom ponovitev, kar omogoča dobro pomnjenje ("almost effortless to remember what you read"). Več o tem povem ob prvem srečanju.
Nielsen, Chuang: Quantum computation and quantum information. Cambridge University Press (2000). Prvi dve poglavji.
- James Gleick: The Information: A History, a Theory, A Flood (2011). Poljudnoznanstvena knjiga o pojmu informacije.
- J. P. Dowling: Schrödinger's Killer App: Race to build the World's First Quantum Computer, CRC Press (2013). Poljudna knjiga o kvantnih računalnikih.
- J. P. Dowling: Schrödinger's Web: Race to build the Quantum Internet, CRC Press (2021). Poljudna knjiga o kvantnem internetu.
Vsebina:
- Nihanje in valovanje
- Snov in sevanje
- Kvantna mehanika
- Kvantno računanje in komuniciranje
- Kvantni delci
- Kvantna nedoločenost
- Kvantni računalniki
- Elektronska mikroskopija
- Elektroni v snovi
- Kovine
- Polprevodniki in izolatorji
- Polprevodniške naprave
- Heterostrukture
- Nanotehnologija
- Magnetizem
- Hranjenje podatkov
Predvidena izpitna vprašanja za ustne izpite. Na ustnem izpitu se odgovarja na pet naključno izžrebanih vprašanj s tega seznama.
- Naloge Vaje File Modified 18/05/20, 13:30
Tekst nalog, ki jih delamo na vajah
Za izmenjavo uporabnih študijskih virov, vprašanja, ipd. Dovoljene so krajše priponke.
- Kazalo učbenika "Kvantne in računalniške tehnologije" File Uploaded 21/02/19, 18:53