Kvanttilaskennan aakkoset

Mistä on kyse?

Kvanttifysiikka, informaatio ja laskeminen liittyvät toisiinsa. Mutta miten? Kvanttilaskennasta puhutaan uutisissa tämän tästä. Mitä se sitten tarkoittaa?

Kvanttilaskennan aakkoset on kvantti-informaation ja kvanttilaskennan tietopaketti kaikille kiinnostuneille. Kurssin lähtökohta ja ajankohtaisuus perustellaan lyhyesti alla olevalla videolla.

Tämä A-osa on ensimmäinen palanen Kvanttiaakkosten sarjassa. A-osassa keskitytään erityisesti peruskäsitteisiin. Kurssin loppuosassa harjoitellaan kvanttiporttien toimintaa kvanttiporttisimulaattoria käyttämällä.

Kurssin varsinaiseen materiaaliin pääset yläpalkin Dokumentti-kohdasta tai tästä. (Yläpalkki tulee näkyviin kun kirjaudut TIMiin.) Tällä sivulla on yleisiä ohjeita kurssin suorittamisesta. Jos sinulla on jo palava halu oppia kvanttilaskentaa, voit hypätä dokumenttiin ja palata ohjeisiin siinä vaiheessa kun koet niitä tarvitsevasi.

Huom!

Jos haluat kurssista suoritusmerkinnän, niin rekisteröidy kurssille ennen kuin alat tehdä tehtäviä. Vaikka et välittäisi suoritusmerkinnästä, niin rekisteröitymällä saat koko kurssimateriaalin käyttöösi.

Rekisteröityneenä tehtäväsi tallentuvat ja voit palata niihin myöhemmin. Kurssi on pääosaltaan avoin myös ilman rekisteröitymistä, mutta keskustelupalsta ja viimeisen jakson harjoitustehtävät vaativat rekisteröitymisen joko Jyväskylän yliopiston tai avoimen yliopiston kautta. Kurssi on ilmainen avoimen yliopiston kautta suoritettuna.

-> kurssi-ilmoittautuminen Jyväskylän yliopiston opiskelijoille Sisussa

-> kurssi-ilmoittautuminen avoimen yliopiston kautta

Jos et haluat rekisteröityä kurssille, niin on silti suositeltavaa kirjautua TIMiin. Näin saat valtaosan kurssimateriaalista käyttöösi ja tekemäsi tehtävät tallentuvat.

-> Voit kirjautua sisään TIMiin tästä:

Jos sinulla ei vielä ole TIM-tiliä, saat rekisteröityä uuden tilin samasta kohdasta.

Jos haluat vain selailla kurssimateriaalia, niin käyhän sekin. Muista kuitenkin kirjautua TIMiin ja mahdollisesti rekisteröityä kurssille siinä kohtaa, kun tehtävien tekeminen alkaa kiinnostaa.

-> kurssidokumentti

Kenelle kurssi on tarkoitettu?

Kvanttiaakkosten A-osa sopii kenelle tahansa kvanttilaskennasta kiinnostuneelle. A-osassa käydään läpi peruskäsitteitä ilman kvanttifysiikan esitietoja. Kvanttiteorian matemaattinen koneisto tulee mukaan vasta B-osassa, eli myöskään matematiikan osaamista A-osa ei juurikaan vaadi. Jotkut kurssin tehtävistä saattavat vaatia kärsivällisyyttä. Porttilaskennan opettelu perustuu oivaltamiseen tekemisen kautta. Varsinkin porttisimulaattoritehtävät voivat vaatia kokeilua ja vielä vähän lisää kokeilua.

Mitä kurssilla oppii?

Opintojaksolla keskitytään olennaisiin peruskäsitteisiin, joita tarvitaan kvantti-informaation ja kvanttilaskennan ymmärtämiseksi. Viisi opintojakson aihealuetta ovat kvanttifysiikka, satunnaisuus ja todennäköisyys, informaatio, porttilaskenta sekä kvanttiporttilaskenta.

Käytyäsi A-osan huolella läpi kaikkine tehtävineen

ymmärrät fysiikan käsitteet tila ja mittaus
hahmotat fysiikan yhteyden informaation prosessointiin
osaat tulkita todennäköisyysjakauman kvanttimittauksen lopputuloksena
tiedät porttilaskennan ja kvanttiporttilaskennan periaatteet sekä näiden erot
ymmärrät, miten porttilaskennalla voidaan tehdä yksinkertaista informaation prosessointia, kuten yhteenlaskua ja virheenkorjausta
tunnet joukon tavanomaisia kvanttiportteja sekä osaat muodostaa niistä piirejä

Lisäksi A-osa pohjustaa kvanttilaskennan matemaattiseen kieleen tutustumista, johon sukelletaan B-osassa.

Jaksaako kukaan oikeasti opetella kvanttilaskentaa?

Kyllä, aikojen saatossa on tullut vastaan muutamia henkilöitä, jotka oikeasti ovat jaksaneet paneutua kvanttilaskentaan. Kokeilematta et voi tietää oletko sinäkin yksi heistä. Tällä kurssilla opintietä kvanttilaskentaa on pyritty pehmustamaan, mutta asioita ei ole yksinkertaistettu liikaa. Se, mitä opit tällä kurssilla, vie sinua oikeasti lähemmäs kvantti-informaation ja kvanttilaskennan ymmärrystä ja osaamista.

Dokumentissa asiaa tarjoillaan tekstinä ja videoina. Voit katsella videoita niin monta kertaa kuin haluat. Tekstiin ja videoihin liittyvät kysymykset tukevat asian omaksumista.

Opiskelusta on koetettu tehdä mielenkiintoista interaktiivisten harjoitusten avulla.

Kurssin alussa puhutaan satunnaisuudesta ja todennäköisyydestä. Pääset etsimään viallista noppaa tavallisten joukosta. Onko se niin helppoa miltä kuulostaa, kun noppia on paljon?

Loppua kohti kiinnostavien harjoitusten määrä sen kuin kasvaa ja ne muuttuvat entistä mielenkiintoisemmiksi.

Porttisimulaattoriin perehdytään tekemisen kautta. Ensin tutustaan tavalliseen porttilaskentaan, jossa prosessoidaan tavanomaista informaatiota. Sitten soppaan sekoitetaan mukaan kvanttifysiikka ja aletaan leikkiä kvanttiporttisimulaattorin kanssa.

Miten kurssi suoritetaan?

Kurssin suorittamiseksi käy läpi kurssin koko materiaali ja erityisesti

testaa kaikkia kokeile itse -laatikoita
vastaa kaikkiin kysymyksiin (väärin vastaaminen ei haittaa)
tee kaikki tehtävät loppuun asti
aivan lopuksi pohdi oppimaasi ja kiteytä pääkohdat muutamaan lauseeseen

Klikkaa Tallenna toimintasi jälkeen aina kun sellainen on laatikon sisällä. Näin tekemisesi kirjautuu. Tallentaminen saa aikaan myös vastauksesi tarkistuksen. Jos vastauksesi on väärä, niin tehtävien kohdalla jatka yrittämistä.

Kysymykseen voit vastata vain kerran, joten ei kannata lähteä suin päin arvailemaan. Jos olet epävarma, niin palaa tekstiin ja videoihin tai kysymykseen liittyvään 'kokeile itse' -laatikkoon. Toki väärin vastaaminenkaan ei haittaa, vaan silloin tiedät tarvitsevasi kertausta. Kysymysten tarkoituksena on antaa sinulle mahdollisuus testata, että olet ymmärtänyt asian.

Tehtäviä saa tehdä niin monta kertaa, kuin on tarvis. Tehtävien avulla saat harjoiteltua kurssin asioita. Tyypillisesti tehtävässä haettu oivallus vaatii kokeiluja. Porttitehtävän tullessa vastaan ala pelottomasti kokeilla kaikkia sen sallimia portteja ja syötteitä. Pääsääntöisesti kannattaa tehdä tehtävät loppuun asti sitä mukaa kun niitä tulee. Voit toki jättää myös jonkin hankalan tehtävän hautumaan ja palata siihen myöhemmin. Kurssin läpäisemiseksi kaikki tehtävät tulee olla tehtynä.

Suorituksesi voit tarkistaa dokumentin lopusta, jossa on listattuna vastaamattomat kysymykset ja tekemättömät tehtävät.

Tarvitsetko apua tehtävien kanssa?

Jos tarvitset apua kurssin tehtävissä tai haluat tarkennusta johonkin asiaan, niin oikea paikka kysymyksille on kurssin keskustelupalsta. Keskustelupalstalle pääset yläpalkin Keskustelu-kohdasta.

Useimpiin tehtäviin löytyy jo valmiiksi vinkkiä tehtävän alapuolelta klikkaamalla -ikonia. Jos jäät jumiin, niin kysy neuvoa keskustelupalstalla. Kannattaa ensin silmäillä aikaisempaa keskustelua läpi, sillä joku muu on saattanut jo kysyä samaa asiaa.

Kuka on vastuussa?

Kvanttiaakkosten vastuullinen opettaja on Teiko Heinosaari. Kurssia koskevissa asioissa tavoitat opettajan osoitteesta kvanttiaakkoset@jyu.fi. Kaikki tehtäviä tai muuta kurssimateriaalia koskevat kysymykset kuuluvat keskustelupalstalle.

Miten dokumenttia käytetään?

Kurssimateriaali on yksi yhtenäinen dokumentti, jossa on tekstiä, videoita, kysymyksiä ja tehtäviä. Käy kurssimateriaali läpi kuten lukisit kirjaa. Palaa aikaisempiin kohtiin jos huomaat tarvitsevasi jonkin asian kertaamista ennen uutta asiaa.

Ohjeita videoiden katseluun:

Lue videon vieressä tai alla (riippuen mitä laitetta käytät) olevat saatesanat ajatuksella ennen kuin alat katsoa videota.
Speed -kohdasta voit säätää videon nopeutta.
Adv -valinnasta saat näkyviin hyppäykset eteen ja taakse.
Tekstityksen saat päälle kolmen pisteen takaa (Chrome) tai CC-ikonista (Firefox).
Hide file-painikkeesta saat videonäkymän pois sen katsottuasi.

En tee kurssia yhdellä istumalla. Miten muistan mihin kohtaan olen jäänyt?

Sivun oikeassa reunassa on näkyvissä oransseja palkkeja. Oranssi palkki on merkkinä lohkosta, jota et ole vielä lukenut. Oranssia palkkia klikkaamalla voit merkitä kohdan luetuksi. Klikkaamalla saat merkittyä luetuksi dokumentin lohkot edelliseen otsikkotasoon asti. Jos et pidä palkeista, voit poistaa ne kokonaan käytöstä klikkaamalla ratasta -> Merkitse kaikki luetuksi. Palkit ovat kuitenkin suositeltava tapa pitää kirjaa omasta etenemisestäsi, joten kannattaa ainakin kokeilla niiden käyttöä.

Haluan kirjoittaa itselleni muistiinpanoja marginaaliin. Miten se onnistuu?

Muistiinpanon kirjoittamista marginaaliin kutsutaan TIMissä kommentoinniksi. Kommentointi kannattaa ottaa aktiiviseksi osaksi opiskelua. Kommentointi onnistuu seuraavalla tavalla:

Klikkaa lohkoa ja sen jälkeen muokkausvalikkoa . Valitse Comment/note .
Kirjoita kommentti Add comment -lomakkeeseen.
Valitse, näkyykö kommentti kaikille (Everyone) vai vain sinulle (Just me).
Tallenna kommentti painikkeesta Save.

Huom! Vaikka kirjoittaisit kommentin kaikille, ei siinä näy nimeäsi. Voit hyvin jakaa ajatuksesi myös muille.

Jos olet siirtänyt muokkausvalikon lohkon vasemmalle puolelle, klikkaa lohkoa, jolloin sen oikealle puolelle tulee C-kirjain (Comment), klikkaa C-kirjainta

Mikä kumma on TIM?

Kvanttilaskennan aakkoset käyttää alustanaan TIMiä. TIM (The Interactive Material) on monipuolinen oppimisalusta, jonka avulla voidaan luoda interaktiivisia oppimateriaaleja. TIM on avoimen lähdekoodin ohjelmisto, jonka ylläpidosta vastaa Jyväskylän yliopiston Informaatioteknologian tiedekunta. Enemmän tarinaa TIMistä löytyy täältä. Tällä kurssilla olennaista on se, että tässä TIM-dokumentissa on erilaisia interaktiivisia tehtäviä. Lisäksi voit muokata jonkin verran dokumentin näkymää mieleiseksesi. Vasemman yläkulman kirjan kuvasta saat sisällysluettelon näkyviin.