Nas duas primeiras aulas, a Profa. Bárbara Amaral irá revisar os conceitos fundamentais da Física Quântica a partir de um ponto de vista de Teoria da Informação e apresentar alguns dos resultados mais importantes nas áreas de criptografia e computação quânticas. Vamos discutir os famosos protocolos de distribuição de chave quântica BB84 e Ekert91 e quais são os recursos quânticos que possibilitam sua implementação. Vamos discutir o que é um circuito quântico e ver um breve resumo dos principais algoritmos quânticos, como o algoritmo de Shor para fatoração de números inteiros e o algoritmo implementado pelo Sycamore, o processador quântico responsável pelo importante resultado do time da Google publicado em 2019.
Na terceira aula, o Prof. Gabriel Landi discutirá como a teoria da informação quântica pode ser utilizada para descrever processos termodinâmicos na escala quântica. Avanços teóricos mostraram que fenômenos como emaranhamento e coerência podem funcionar como um recurso, de forma semelhante a trabalho e calor. Por exemplo, emaranhamento pode ser utilizado para fazer o calor fluir de um corpo frio para um corpo quente, assim como energia elétrica é usada para operar uma geladeira. A aula vai focar, em particular, na questão fundamental de como formular as leis da termodinâmica na presença de recursos quânticos, e quais diferenças isso trás frente à termodinâmica tradicional.
Nas duas últimas aulas, o Prof. Marcelo Martinelli irá mostrar algumas implicações experimentais dos temas discutidos anteriormente. Diversos protocolos de comunicação e criptografia foram implementados usando luz, vários "chips" supercondutores foram desenvolvidos para processamento quântico de informação, e diversas aplicações de medidas ultra-sensíveis foram desenvolvidas para aproveitar o máximo da informação acessível em sistemas, permitindo ver fenômenos sutis, tais como correntes em neurônios ou ondas gravitacionais. Faremos uma visita breve a estas realizações, discutindo suas vantagens e limitações.
