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NOMBRE DE LA ASIGNATURA |
INFORMACIÓN CUÁNTICA |
CÓDIGO |
21520057 |
CURSO ACADÉMICO |
2022/2023 |
TÍTULOS DE MASTER EN QUE SE IMPARTE |
MÁSTER UNIVERSITARIO EN MATEMÁTICAS AVANZADAS
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TIPO |
CONTENIDOS |
Nº ECTS |
7,5 |
HORAS |
187,5 |
PERIODO |
SEMESTRE 1
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IDIOMAS EN QUE SE IMPARTE |
CASTELLANO |
La Teoría Cuántica de la Información es un área de investigación en la que confluyen diversas ramas como Matemáticas, Física y Ciencias de la Computación. Se enfoca en el estudio formal de los procesos que permiten extraer, almacenar y manipular la información codificada en un sistema físico gobernado por las leyes de la mecánica cuántica. Las propiedades particulares y exóticas de los sistemas cuánticos proporcionan un paradigma muy diferente al mundo clásico, con potenciales aplicaciones a diversos ámbitos tales como comunicación, criptografía o computación cuánticas, permitiendo desarrollar tareas o protocolos completamente nuevos para el tratamiento de información, y resolver ciertos problemas como tareas búsqueda o factorización entera de manera más eficiente que en ordenadores clásicos.
En esta asignatura nos proponemos estudiar los fundamentos matemáticos que modelan las propiedades de los sistemas cuánticos, tales como el entrelazamiento cuántico, y conocer algunas de las aplicaciones y protocolos más relevantes que explotan los recursos cuánticos de este tipo de sistemas desde el punto de vista de la teoría de la información, con especial énfasis en computación cuántica y algunos de los algoritmos cuánticos más conocidos. De este modo, se pretende que los estudiantes adquieran una base sólida que les permita posteriormente ampliar su conocimiento de manera autónoma a través de libros y artículos de investigación si lo desean.
Los prerrequisitos para cursar esta asignatura son modestos. Se recomienda dominar contenidos básicos de álgebra lineal, teoría de la probabilidad y análisis. Algunos conceptos y resultados se revisarán adaptados a la notación típica en el contexto de la mecánica cuántica. También se recomienda cierto dominio del inglés, ya que es el idioma de los recursos bibliográficos que se manejarán.
Los alumnos podrán ponerse en contacto con el equipo docente por medio del correo electrónico, el curso virtual, el teléfono o la entrevista personal. Los foros del curso virtual son la herramienta destinada a formular consultas sobre contenidos o funcionamiento de la asignatura, mientras que el correo electrónico es la vía indicada para tratar asuntos particulares
Antonio Pérez Hernández
Horario: martes de 10:00 a 14:00
Teléfono: 91 398 66 86
Correo electrónico: antperez@ind.uned.es
Despacho 2.34 ETSI Industriales
COMPETENCIAS BÁSICAS
CB6 - Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.
CB7 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.
CB9 - Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.
CB10 - Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.
COMPETENCIAS GENERALES
CG1 - Adquirir conocimientos generales avanzados en tres de las principales áreas de las matemáticas.
CG2 - Conocer algunas de las líneas de investigación dentro de las áreas cubiertas por el Máster.
CG4 - Aprender a redactar resultados matemáticos.
COMPETENCIAS TRANSVERSALES
CE1 - Saber abstraer las propiedades estructurales de los objetos matemáticos, distinguiéndolas de aquellas puramente ocasionales.
Ser capaz de utilizar un objeto matemático en diferentes contextos.
CE2 - Conocer los problemas centrales, la relación entre ellos, las técnicas más adecuadas en los distintos campos de estudio, y las demostraciones rigurosas de los resultados relevantes.
CE3 - Adquirir la capacidad de enfrentarse con la literatura científica a distintos niveles, desde libros de texto con contenidos avanzados hasta artículos de investigación matemática publicados en revistas especializadas.
CE4 - Saber analizar y construir demostraciones matemáticas, así como transmitir conocimientos matemáticos avanzados en entornos especializados.
Conocimientos:
- Conocer los postulados y conceptos básicos de la mecánica cuántica y su formalización matemática en el ámbito de espacios de Hilbert finito-dimensionales: estados puros y mixtos, observables, medidas, etc.
- Conocer y entender el concepto de entrelazamiento cuántico en sistemas compuestos, y su aplicación en diversos ámbitos de teoría de información, comunicación y criptografía.
- Conocer y manejar la entropía de von Neumann como generalización del caso clásico de entropía y su aplicación como medida de entrelazamiento.
- Conocer las nociones básicas de computación cuántica (circuitos y puertas), herramientas como la transformada cuántica de Fourier, y algoritmos destacados como los de Grover y Shor.
- Conocer conceptos y aspectos básicos de las teorías clásica y cuántica de la información como canales, ruido, capacidad, códigos correctores, etc.
- Conocer y manejar la entropía relativa como medida para distinguir estados y sus propiedades más relevantes.
- Conocer aplicaciones de teoría de la información cuántica al estudio de sistemas cuánticos de muchos cuerpos.
Destrezas y habilidades:
- Reinterpretar y manejar con soltura herramientas de álgebra lineal y análisis matricial en el contexto del formalismo matemático de la mecánica cuántica.
- Comprender y describir similitudes y diferencias entre las teorías clásicas y cuánticas de información y computación, reconociendo la superioridad de la computación cuántica sobre la clásica.
- Asimilar el lenguaje y resultados básicos que permitan abordar y comprender publicaciones especializadas recientes en temas de información y computación cuánticas.
Contenidos:
Los que se describen en el apartado Contenidos de esta guía.
Bloque I: Fundamentos Matemáticos de la Mecánica Cuántica
Introducción y notación básica. Postulados de la mecánica cuántica: estados, medidas, observables y evolución temporal. Sistemas compuestos. Matrices de densidad. Entrelazamiento cuántico y desigualdades de Bell.
Bloque II: Computación cuántica
Computación clásica. Puertas y circuitos cuánticos. Transformada cuántica de Fourier. Ejemplos de algoritmos cuánticos: Grover, Shor.
Bloque III: Elementos de Información Cuántica
Información cuántica, entropía y canales cuánticos. Corrección cuántica de errores. Criptografía. Aplicaciones en sistemas cuánticos de muchos cuerpos.
La metodología que se utiliza en esta asignatura es la propia de la UNED, basada en la educación a distancia y apoyada por el uso de las nuevas tecnologías de la información y la comunicación.
Los estudiantes contarán con diferentes medios de apoyo, entre los que será fundamental el Curso Virtual en la plataforma aLF. A través de este medio, el Equipo Docente proporcionará el material didáctico y la orientación para el estudio de los contenidos de la asignatura apoyándose en los elementos de la bibliografía. Será además la vía principal de interacción con el Equipo Docente, que resolverá las dudas y cuestiones que sean planteadas en los foros. Las fechas de entrega y otros aspectos concretos de las actividades de evaluación serán detalladas también en el Curso Virtual.
Las actividades que conforman el trabajo individual de los alumnos se pueden se pueden agrupar en tres componentes: trabajo autónomo, trabajo con equipo docente y realización de actividades de evaluación. A continuación se describe a grandes rasgos dichas actividades junto con la distribución orientativa del tiempo:
Trabajo autónomo (estudio de contenidos teóricos, resolución de ejercicios y problemas): 65%.
Trabajo con Equipo Docente (consultas al equipo docente, participación en el foro de estudiantes): 20%.
Realización de actividades de evaluación (PEC y trabajo final): 15%
TIPO DE PRUEBA PRESENCIAL
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Tipo de examen |
Tipo de examen |
No hay prueba presencial |
CARACTERÍSTICAS DE LA PRUEBA PRESENCIAL Y/O LOS TRABAJOS |
CARACTERÍSTICAS DE LA PRUEBA PRESENCIAL Y/O LOS TRABAJOS
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Requiere Presencialidad |
Requiere Presencialidad |
No |
Descripción |
Descripción |
Trabajo final escrito en el que se desarrollará algún tópico relacionado con los dos últimos bloques del curso, como la explicación detallada de un tema específico, de un concepto o ejemplo relevantes, o la demostración de un resultado concreto.
El Equipo Docente presentará diversos tópicos a elegir por parte de los estudiantes, quienes también podrán sugerir otros.
Además, el estudiante deberá hacer un breve resumen o presentación del mismo en el foro de la asignatura.
El trabajo se redactará usando LATEX.
La fecha exacta y las condiciones precisas se publicarán en el Curso Virtual.
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Criterios de evaluación |
Criterios de evaluación |
Se valorará el rigor, la claridad y la consistencia en el desarrollo del tema.
Se calificará con una nota comprendida entre 0 y 10.
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Ponderación de la prueba presencial y/o los trabajos en la nota final |
Ponderación de la prueba presencial y/o los trabajos en la nota final |
50% |
Fecha aproximada de entrega |
Fecha aproximada de entrega |
Enero |
Comentarios y observaciones |
Comentarios y observaciones |
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PRUEBAS DE EVALUACIÓN CONTINUA (PEC) |
PRUEBAS DE EVALUACIÓN CONTINUA (PEC)
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¿Hay PEC? |
¿Hay PEC? |
Si,PEC no presencial |
Descripción |
Descripción |
Consistirá en la realización de varios problemas de desarrollo que se entregarán a principios de diciembre. La fecha exacta y las condiciones precisas se publicarán en el curso virtual.
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Criterios de evaluación |
Criterios de evaluación |
Se valorará el rigor, la claridad y la consistencia en el desarrollo de los problemas.
Se calificará con una nota comprendida entre 0 y 10.
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Ponderación de la PEC en la nota final |
Ponderación de la PEC en la nota final |
40% |
Fecha aproximada de entrega |
Fecha aproximada de entrega |
A principios de diciembre |
Comentarios y observaciones |
Comentarios y observaciones |
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OTRAS ACTIVIDADES EVALUABLES
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¿Hay otra/s actividad/es evaluable/s? |
¿Hay otra/s actividad/es evaluable/s? |
Si,no presencial |
Descripción |
Descripción |
Participación en los Foros.
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Criterios de evaluación |
Criterios de evaluación |
Se valorará la que los estudiantes se involucren en las discusiones y respondan a las cuestiones que allí se puedan plantear por parte de otros estudiantes o del Equipo Docente. También se valorará que realicen un resumen de su trabajo final en el foro correspondiente.
Se calificará con una nota comprendida entre 0 y 10.
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Ponderación en la nota final |
Ponderación en la nota final |
10% |
Fecha aproximada de entrega |
Fecha aproximada de entrega |
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Comentarios y observaciones |
Comentarios y observaciones |
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¿Cómo se obtiene la nota final?
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Se pondera un 10% la participación en el foro del aula virtual, un 40% la entrega de ejercicios teórico-prácticos que se solicitarán durante el curso, y un 50% el trabajo final.
Nota final= 50% TRABAJO FINAL + 40% PEC + 10% PART. FOROS
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En Curso Virtual se pondrá a disposición de los estudiantes un Documento-Guía elaborado por el Equipo Docente con los principales conceptos y resultados a estudiar, así como ejercicios y problemas.
No es imprescindible disponer del libro de Nielsen y Chuang para estudiar los contenidos de la asignatura. Será posible también completar el Documento-Guía a partir de los materiales que aparecen en la Bibliografía Complementaria (muchos de los cuales están disponibles de manera gratuita) y otros que proporcionará el Equipo Docente en el curso virtual.
El Curso Virtual será una herramienta fundamental para el contacto del alumno con el Equipo Docente. Allí se proporcionará material docente, orientaciones para el estudio de los contenidos, enlaces a otros recursos web que puedan resultar útiles y, si es necesario, se realizarán sesiones de videoconferencias.