Kvantové technologie pro učitele - NFUF838

• Anglický název: Quantum technologies for teachers
• Zajišťuje: Katedra didaktiky fyziky (32-KDF)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2024
• Semestr: oba
• E-Kredity: 3
• Rozsah, examinace: 0/2, Z [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Poznámka: předmět lze zapsat v ZS i LS
• Garant: RNDr. Zdeňka Koupilová, Ph.D.
• Vyučující: RNDr. Zdeňka Koupilová, Ph.D.

Anotace

Kvantové technologie jsou velmi rychle se rozvíjejícím odvětvím vědy a průmyslu a stávají se součástí našeho každodenního života, což přináší potřebu vychovávat lidi schopné s těmito technologiemi pracovat. V první řadě je třeba, aby se se základními principy a možnostmi jejich výuky na středních školách seznámili budoucí učitelé. V rámci semináře se účastníci seznámí s principy funkce vybraných kvantových technologií, a to jak pomocí metod a nástrojů dostupných vysokoškolákům, ale také pomocí grafických způsobů znázornění, modelů či her přístupných běžným studentům střední školy.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (16.05.2024)

Cíl předmětu

Cílem předmětu je seznámit studenty se základními principy funkce vybraných kvantových technologií - zejména kvantového počítání a kvantové kryptografie a ukázat jim možnosti, jak toto téma zařadit do výuky fyziky na střední škole.

Během semináře je kladen důraz na aktivní zapojení posluchačů, využití moderní audio-vizuální výpočetní techniky, ale i jednoduchého modelování. Seminář je určen zejména pro studenty fyzikálních studijních oborů zaměřených na vzdělávání, ale je otevřen i studentům studijního programu Fyzika na MFF UK a chemie a biologie PřF UK.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (16.05.2024)

Podmínky zakončení předmětu

Podmínkou získání zápočtu je aktivní účast na seminářích. Při absenci vyšší než 30 % musí student vypracovat uloženou domácí práci.

Charakter získání zápočtu vylučuje opakování.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (16.05.2024)

Literatura

Hughes, C., Isaacson, J., Perry, A., Sun, R. F., & Turner, J. (2021). Quantum computing for the quantum curious (p. 150). Springer Nature.

Sutor, R. S. (2019). Dancing with Qubits: How quantum computing works and how it can change the world. Packt Publishing Ltd.

Bernhardt, C. (2019). Quantum computing for everyone. Mit Press.

Greinert, F., Müller, R., Bitzenbauer, P., Ubben, M. S., & Weber, K. A. (2023). Future quantum workforce: Competences, requirements, and forecasts. Physical Review Physics Education Research, 19(1), 010137.

Sun, Q., Zhou, S., Chen, R., Feng, G., Hou, S. Y., & Zeng, B. (2024). From Computing to Quantum Mechanics: Accessible and Hands-On Quantum Computing Education for High School Students. arXiv preprint arXiv:2403.17485.

IBM studijní materiály a simulátor kvantových obvodů,

Materiály skupiny QWorld (např. kurzů QBronze, QSilver, …, ) a QTEdu ()

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (16.05.2024)

Metody výuky

Seminář s aktivním zapojením studentů.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (16.05.2024)

Sylabus

1. Qubit a jeho realizace

2. Princip superpozice

3. Problematika měření v kvantové fyzice

4. Různé reprezentace jednoqubitového systému

5. Operace s qubitem (kvantové brány)

6. Vícequbitové systémy a operace s nimi

7. Entaglement, EPR paradox

8. Non-cloning teorém, kvantová teleportace

9. Kvantová kryptografie

10. Vybrané algoritmy kvantových počítačů - Deutchův-Jozsův algoritmus, Grooverův algorimus, Shorův algoritmus, …

11. Superhusté kódování

12. Kvantové technologie a společnost

Hloubka probíraných témat i jejich zařazení na seminář se bude přizpůsobovat zájmu zapsaných studentů.



Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (16.05.2024)