Элементарные основы теории вероятностей

и обработки данных, статистические принципы термодинамики, кубиты и квантовые гейты

2024:

Лекции и Консультации - очно по хххх п в хх:хх, аудитория ххх ГК. 

Семинары - очно по субботам в  хх:хх, аудитория ххх ГК. 

 Информация о дисциплине QuProb

Аттестация проводится по итогам регулярных очных тестов во время лекций по материалам прошедших лекций.

Первая часть: теорвер

План изложения: сначала рассматривается конечная выборка случайного события и устанавливаются свойства распределения вероятностей  повторения этого события в выборке - биномиальное распределение. Для конечной выборки вводятся понятие среднего, а также линейного и квадратичного отклонения от среднего, что позволяет определить не только дисперсию, но и многоточечные корреляторы случайной величины. Затем в случае фиксированного среднего значения числа повторений случайного события в выборке выводится распределение Пуассона для дискретной величины. Эта случайная дискретная величина меняется от  нуля до бесконечности и равна числу повторений события в выборке при числе событий, стремящемуся к бесконечности. При этом замкнутость изложения требует введения числа e как <<золотого предела>>, экспоненты, натурального логарифма и ряда Тейлора как предела в схеме итераций для вычисления приближенного значения функции с помощью формулы Ньютона--Лейбница для интеграла от производной функции. 

Наконец, путем линейного преобразования числа событий в  выборке в случайную величину с нулевым средним и единичной дисперсией выводится нормальное распределение. Для этого приходится найти выражение для факториала в пределе бесконечно растущего числа - формулу Стирлинга, что требует детального описания вычисления асимптотики интеграла методом сведения его к гауссову возле экстремума подынтегральной функции --- методом перевала. Эти упражнения вполне поучительны для первокурсников, как полагает автор. 

В итоге, становится понятным и естественным использование элементарных терминов теории вероятностей, таких, как распределение случайной величины по Гауссу, среднее, дисперсия, и т.п. при введении в курс обработки данных лабораторных работ.

Вторая часть: термодинамика

В качестве приложения теории вероятностей в физике сразу после введения основных понятий и инструментов рассмотрены вероятностные азы термодинамики, как то распределение Гиббса, статсумма, энтропия и уравнение состояния идеального газа, а также распределение Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна.

Третья часть: кубиты и квантовые гейты

Излагаются элементарные основы и принципы действия квантовый битов, для чего необходимы знания о вероятности в первой части спецкурса.  Кубиты описываются в рамках аллегории аккордов двух звуков на рояле. Дается обоснование сферы Блоха как наглядного представления для математического описания кубита в виде точек на сфере. Проводится строгое разграничение собственных и несобственных состояний кубитов. Формализм теории вероятностей используется в случае кубитов для  вывода соотношений неопределенностей в терминах средних и дисперсий. Вводится эволюция кубитов унитарными преобразованиями - гейты. 

Обсуждается квантовое превосходство на примере квантового протокола передачи информации. Вводятся зацепленные состояния. Рассмотрены квантовые мифы об измерении и коллапсе квантовых состояний. 

Подробно рассмотрен квантовый алгоритм Гровера вскрытия сейфа. Введены элементы схем квантовых вычислений.  

Введена матрица плотности для чистых и зацепленных состояний. 

Видео-часть: обработка данных

Видео-часть включает в себя 10 видео-лекций по 25 минут, составленных П.В.Поповым в качестве пособия по методике представления и обработки экспериментальных данных студентами на занятиях лабораторного практикума МФТИ по опыту многолетней работы кафедры общей физики. Видео-лекции просматриваются студентами самостоятельно. Часть разбита на 3 периода:


Темы видео-лекций: 


Аттестация по видео-части проводится после двух лекционных консультаций  в виде письменного теста: 

Программа спецкурса QuProb.pdf

QuProb-program-2024.pdf

Лектор очных занятий и консультант - Киселев Валерий Валерьевич

 Доктор физ.мат. наук, доцент, физик-теоретик

Область научных интересов:

Научные публикации и цитируемость в базах данных:

Лекционные курсы:

Дополнительная "серьёзная" литература по статистической обработке данных эксперимента размещена в разделе ЛекцииВнимание! На английском языке!