Введение в квантовые вычисления для 10-11 классов

Введение в квантовые вычисления для 10-11 классов

О.С. Басаргин. 2025 год.

Цель курса

Расширить знания учащихся о квантовых вычислениях, используя математический аппарат, квантовые алгоритмы и программирование на

Qiskit.

Основные темы

1.     Кубиты и математическая формализация o Комплексные числа и векторы состояний. o Операторы и квантовые гейты: матричное представление. o Базисные преобразования и принцип неопределённости.

2.     Квантовая запутанность и квантовые сети o Bell-состояния и их роль в квантовой информации. o Квантовая телепортация в алгебраическом виде.

3.     Продвинутые квантовые алгоритмы o Алгоритм Гровера и поиск в неструктурированных данных.

o    Алгоритм Шора и разложение на множители.

o    Вариационные квантовые алгоритмы (VQE) и их применение.

4.     Сфиральные координаты в квантовых системах o Связь квантовых переходов с фрактальными структурами. o Представление многомерных состояний через сфиральную геометрию.

5.     Программирование сложных квантовых схем o Оптимизация схем для IBM Quantum. o Визуализация квантовых состояний.

Практические задания

1.     Моделирование квантовых состояний через матрицы и векторы.

2.     Запуск алгоритма Гровера и анализ вероятностей результата.

3.     Телепортация квантового состояния на симуляторе.

4.     Анализ фазовых корреляций в запутанных системах.

Заключение

Этот курс позволит учащимся глубже понять квантовую механику, освоить квантовые вычисления на практике и использовать современные инструменты для работы с квантовыми системами.

1

Дополнительно:

•       Методические указания для преподавателей.

•       Исследовательские задачи и вопросы для самостоятельного изучения.

•       Доступные квантовые симуляторы и онлайн-курсы.

Продолжение следует: в следующих материалах разберём квантовую криптографию, квантовое машинное обучение и практическое применение квантовых вычислений.

2