5.60.4.2 Arquitecturas Cuánticas (10 horas) [Habilidades AG-C10,AG-C11]

Referencias Bibliográficas: [Möttönen and Vartiainen, 2023,IBM Research, 2023]

Temas

1. Principios:
   1. El principio de dualidad onda-partícula
   2. El principio de incertidumbre en el experimento de doble rendija
   3. ¿Qué es un Qubit? Superposición, interferencia y medición. Fotones como qubits
   4. Sistemas de dos qubits, Entrelazamiento, estados de Bell, El teorema de No Señalización
2. Axiomas de la MC: principio de superposición, axioma de medición, evolución unitaria
3. Compuertas de un solo qubit para el modelo de circuito de computación cuántica: X, Z, H
4. Compuertas de dos qubits y productos tensoriales, trabajando con matrices
5. El Teorema de No Clonación. El protocolo de Teleportación Cuántica
6. Algoritmos:
   1. Algoritmos cuánticos simples: Bernstein-Vazirani, algoritmo de Simon
   2. Implementar Deutsch-Josza con Interferómetros Mach-Zehnder
   3. Factorización cuántica (Algoritmo de Shor)
   4. Búsqueda cuántica (Algoritmo de Grover)
7. Aspectos de implementación:
   1. La implementación física de qubits
   2. Control clásico de una Unidad de Procesamiento Cuántico (QPU)
   3. Mitigación y control de errores, NISQ y más allá
   4. Enfoques de medición
8. Aplicaciones Emergentes:
   1. Cifrado post-cuántico
   2. La Internet Cuántica
   3. Computación cuántica adiabática (AQC) y recocido cuántico

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Discutir cómo un objeto cuántico producido como partícula se propaga como una onda y se detecta como partícula con una distribución de probabilidad correspondiente a la onda [Debatir]
2. Discutir la naturaleza a nivel cuántico que es inherentemente probabilística [Debatir]
3. Expresar tu punto de vista sobre el entrelazamiento que puede usarse para crear correlaciones no clásicas, pero no hay forma de usar el entrelazamiento cuántico para enviar mensajes más rápido que la velocidad de la luz [Evaluar]
4. Describir el paralelismo cuántico y el papel de la interferencia constructiva vs destructiva en algoritmos cuánticos dada la naturaleza probabilística de las mediciones [Describir]
5. Analizar un fragmento de código proporcionando el papel de la transformada cuántica de Fourier (QFT) en el algoritmo de Shor [Analizar]
6. Escribir un programa para implementar el algoritmo de Shor en un simulador, destacando los componentes clásicos y aspectos del algoritmo de Shor [Escribir]
7. Enumerar los detalles de cada modalidad de qubit (por ejemplo, ion atrapado, superconductor, espín de silicio, fotónico, punto cuántico, átomo neutro, topológico, centro de color, electrón sobre helio) [Enumerar]
8. Contrastar AQC con el modelo de compuertas de computación cuántica y los problemas para los que cada uno es más adecuado resolver [Contrastar]