Aplikace kvantových počítačů v bližším výhledu

Garant předmětu:

Aurél Gábor Gábris

Přednášející:

Aurél Gábor Gábris

Cvičící:

Aurél Gábor Gábris

Předmět zajišťuje:

katedra fyziky

Anotace:

Cílem kurzu je poskytnout základní znalosti a dovednosti potřebné pro implementaci aplikací na současných kvantových počítačích. Kurz zahrnuje přehled klíčových pojmů a základních algoritmů, přičemž se zaměřuje na algoritmy vhodné pro tzv. NISQ systémy (kvantové počítače středního rozsahu s určitou mírou chybovosti). Veškeré výukové materiály jsou dostupné online a zahrnují interaktivní návody, pravidelná online setkání, cvičení i hodnocení. Kurz je určen pro studenty bakalářských i magisterských programů všech ročníků; předpokládá se znalost kvantové mechaniky a základů programování v jazyce Python. Výuka probíhá výhradně online, což umožňuje co nejefektivnější využití studijních materiálů a zajišťuje mezinárodní dostupnost kurzu. V průběhu výuky se bude pracovat s kvantovými sadami nástrojů (SDK) pro jazyk Python. Účastníci musí mít k dispozici vlastní počítač.

Kurz probíhá ve spolupráci s IBM Quantum. K dokončení kurzu musí studenti vypracovat a odevzdat úkoly zadané vyučujícími.

Požadavky:

Znalost lineární algebry a základů kvantové mechaniky.

Osnova přednášek:

1. Základy Qiskitu

Úvod do Qiskitu: softwarový zásobník (stack), vzory Qiskitu, stav GHZ

2. Kvantové algoritmy

Variační algoritmy: VQE, QAOA

Kvantové strojové učení (QML), metody kódování dat

3. Kvantové počítání: Nástroje a techniky

Transpilace

Zmírňování a potlačování chyb: DD, Twirling, REM, ZNE, PEC

Dynamické obvody a další pokročilé techniky

4. Kvantové algoritmy

Simulace hamiltoniánu: Isingův model, Trotterizace

Hybridní pracovní postupy

Diagonalizace založená na vzorcích (sample-based diagonalization)

5. Závěrečný projekt

Týmová práce na programátorské výzvě zaměřené na prakticky využitelné kvantové aplikace, společný vývoj řešení.

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Zápočet za splnění týdenních úkolů a závěrečný projekt.

Studijní materiály:

Doporučená literatura:

[1] Learn Quantum Computation using Qiskit: https://qiskit.org/textbook

[2] Cirq: An open source framework for programming quantum computers https://quantumai.google/cirq

[3] PennyLane Documentation: https://docs.pennylane.ai/

Poznámka:

Do programu IBM R2P se musíte zaregistrovat sami. Pokud nebudete přijati, nebudete moci splnit požadavky kurzu.

Rozvrh na zimní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů: