Curso de Engenheiro de Computação Quântica

Aula 1 • Álgebra Linear para Estados Quânticos

Abrange vetores, matrizes, produtos internos e produtos tensoriais como ferramentas para estados quânticos. Fornece a base algébrica para todas as operações quânticas subsequentes.

Aula 2 • Medição Quântica e Colapso

Define medições projetivas e POVM e seus resultados estatísticos. Fundamenta os alunos na natureza irreversível da medição antes do projeto de circuitos.

Aula 3 • Fundamentos do Entrelaçamento Quântico

Apresenta estados emaranhados, estados de Bell e correlações não locais. Prepara os alunos para usar o emaranhamento como um recurso computacional e de comunicação.

Aula 4 • Informação Clássica vs. Quântica

Contrapõe bits com qubits e probabilidade com incerteza quântica. Estabelece por que os paradigmas clássicos de computação são insuficientes para problemas quânticos.

Aula 1 • Conjuntos de Portas Universais e Decomposição

Define universalidade e prova que pequenos conjuntos de portas podem aproximar qualquer operador unitário. Permite que os alunos compilem operações arbitrárias em portas nativas do hardware.

Aula 2 • Complexidade e Profundidade de Circuitos Quânticos

Analisa a profundidade do circuito, a contagem de portas e seu impacto no ruído e no runtime. Fornece métricas que os alunos usam para avaliar e otimizar projetos de circuitos.

Aula 3 • Técnicas de Simulação de Circuitos Quânticos

Examina métodos de simulação de vetor de estado, matriz densidade e rede tensorial. Equipa os alunos para validar circuitos classicamente antes da execução em hardware.

Aula 4 • Portas de um Qubit e Rotações

Abrange as portas de Pauli, Hadamard, fase e rotação como operadores unitários. Estabelece as regras de composição de portas necessárias para construir circuitos maiores.

Aula 1 • Algoritmo de Fatoração de Shor

Combina a busca de ordem com a QFT para fatorar inteiros em tempo polinomial. Ilustra as implicações criptográficas que impulsionam o investimento em hardware quântico.

Aula 2 • Transformada Quântica de Fourier

Deriva o circuito QFT a partir da DFT clássica e analisa sua aceleração exponencial. Serve como base de sub-rotina para a estimativa de fase e o algoritmo de Shor.

Aula 3 • Algoritmos Quânticos Variacionais

Apresenta VQE e QAOA como métodos de otimização híbridos clássico-quânticos. Faz a ponte entre as restrições de hardware de curto prazo e aplicações algorítmicas práticas.

Aula 4 • Estimativa de Fase Quântica

Implementa QPE para extrair autofases de operadores unitários com alta precisão. Habilita diretamente a fatoração de Shor e a estimativa de energia em química quântica.

Aula 1 • Métricas de Desempenho de Hardware Quântico

Define T1, T2, fidelidade de porta e volume quântico como padrões de benchmarking. Permite que engenheiros comparem gerações de hardware e especificações de fornecedores.

Aula 2 • Processadores Quânticos de Íons Aprisionados

Descreve cadeias de íons resfriados a laser, modos de movimento e portas Molmer-Sorensen. Destaca a alta fidelidade e a conectividade todos-com-todos como uma vantagem de hardware.

Aula 3 • Sistemas de Qubits Supercondutores

Explica qubits transmon, junções Josephson e controle por micro-ondas. Abrange a plataforma comercial dominante e suas características de fidelidade de porta.

Aula 4 • Plataformas Fotônicas e de Átomos Neutros

Examina qubits ópticos lineares e matrizes de átomos de Rydberg como modalidades alternativas. Conecta as propriedades da plataforma a casos de uso específicos de algoritmos e redes.

Aula 1 • Códigos Estabilizadores e Formalismo

Apresenta o framework do grupo estabilizador para descrever códigos quânticos de forma compacta. Aborda os códigos de Steane e de cinco qubits como exemplos canônicos de estabilizadores.

Aula 2 • Tolerância a Falhas e Teoremas de Limiar

Define conjuntos de portas tolerantes a falhas e o teorema do limiar de precisão. Quantifica a taxa de erro físico necessária para alcançar computação lógica escalável.

Aula 3 • Códigos de Superfície e Proteção Topológica

Explica a rede do código de superfície, operadores de plaqueta e modelos de erro anyônicos. Destaca o código de superfície como o principal candidato para hardware tolerante a falhas.

Aula 4 • Correção de Erros Clássica vs. Quântica

Contrapõe códigos de repetição com códigos quânticos que respeitam o teorema da não clonagem. Motiva a necessidade de medição de síndrome sem perturbar o estado.

Aula 1 • Classes de Complexidade Quântica

Define BQP, QMA e suas relações com as classes de complexidade clássicas. Fornece o arcabouço teórico para avaliar alegações de vantagem quântica.

Aula 2 • Padrões e Técnicas de Projeto de Algoritmos

Sintetiza amplificação de amplitude, estimativa de fase e codificação em bloco como primitivas reutilizáveis. Permite que os alunos construam novos algoritmos a partir de blocos de construção combináveis.

Aula 3 • Complexidade de Consulta e Modelos de Oráculo

Apresenta o modelo de consulta, árvores de decisão e o método polinomial para limites inferiores. Equipa os alunos para provar que os algoritmos quânticos são otimamente eficientes.

Aula 4 • Algoritmos de Álgebra Linear Quântica

Aborda o algoritmo HHL para sistemas lineares e a transformação de valor singular quântico. Trata dos gargalos de entrada/saída que limitam a vantagem quântica prática.

Aula 1 • Passes de Compilador Quântico e Otimização

Explica os estágios de transpilação, incluindo passes de desdobramento, roteamento e escalonamento. Permite que os alunos ajustem a compilação para fidelidade ou profundidade no hardware alvo.

Aula 2 • Visão Geral dos Frameworks de Programação Quântica

Examina os principais SDKs de código aberto e suas camadas de abstração para construção de circuitos. Orienta os alunos sobre o ecossistema antes do início da codificação prática.

Aula 3 • Fluxos de Trabalho Híbridos Quântico-Clássicos

Projeta pipelines completos combinando sub-rotinas quânticas com processamento clássico. Prepara os alunos para construir aplicações híbridas de nível de produção.

Aula 4 • Escrevendo e Executando Circuitos Quânticos

Guia os alunos na construção de circuitos, vinculação de parâmetros e submissão de jobs. Constrói fluência prática em codificação aplicada em todos os capítulos subsequentes.

Aula 1 • Projeto de Arquitetura de Sistema Quântico

Mapeia a pilha completa, de qubits físicos à camada de aplicação, e identifica gargalos. Fornece uma visão de engenharia de sistemas para projetar plataformas quânticas escaláveis.

Aula 2 • Roadmaps Quânticos e Prontidão para Produção

Avalia roadmaps de hardware, trajetórias de taxa de erro e marcos de tolerância a falhas. Equipa engenheiros para tomar decisões informadas de adoção de tecnologia e investimento.

Aula 3 • Métodos de Benchmarking e Caracterização

Aplica benchmarking aleatório, tomografia de processo e benchmarking de entropia cruzada. Permite a validação rigorosa de desempenho antes e depois da implantação.

Aula 4 • Escalabilidade e Estimativa de Recursos

Estima contagens de qubits lógicos, fábricas de estados mágicos e runtime para aplicações alvo. Faz a ponte entre a análise teórica de algoritmos e o planejamento realista de recursos de hardware.