Kvantové algoritmy a programování

Garant předmětu:

Ivo Petr

Přednášející:

Tomáš Kalvoda, Ivo Petr

Cvičící:

Tomáš Kalvoda, Ivo Petr

Předmět zajišťuje:

katedra aplikované matematiky

Anotace:

Cílem předmětu je prostřednictvím řešení praktických úloh seznámit studenty s konceptem kvantového počítače a kvantovými algoritmy. Tematicky se předmět zaměřuje na základní principy kvantové mechaniky, na nichž kvantové technologie staví, a algoritmy demonstrující přednosti a omezení kvantových technologií v porovnání s jejich klasickými protějšky. Důraz je kladen na cvičení v prostředí Qiskit založeném na jazyku Python, při nichž studenti řeší programovací úlohy navazující na výklad a mají tak možnost sami zkoumat chování kvantových obvodů na simulátoru či skutečném kvantovém počítači.

Před zapsáním předmětu je nutná znalost lineární algebry na úrovni předmětů BI-LA1 a BI-LA2 nebo BI-LIN. Předchozí absolvování předmětu BI-MA2 nebo BI-VMM a zkušenosti s programováním v Pythonu mohou být výhodou, nejsou však nutné. Předchozí znalosti v oblasti fyziky nepředpokládáme.

Požadavky:

Nutná znalost lineární algebry na úrovni předmětů BI-LA1 a BI-LA2 nebo BI-LIN. Předchozí absolvování předmětu BI-MA2 nebo BI-VMM a zkušenosti s programováním v Pythonu mohou být výhodou, nejsou však nutné. Předchozí znalosti v oblasti fyziky nepředpokládáme.

Osnova přednášek:

1.Motivace pro kvantové technologie, rozdíly mezi klasickou a kvantovou mechanikou, seznámení se s prostředím Qiskit

2.Stav kvantového systému, pravděpodobnostní a kvantové bity, superpozice

3.Měření, stav kvantového systému, Blochova sféra, unitarita časového vývoje

4.Jednoqubitová hradla jako rotace, měření v libovolné bázi, protokol BB84 pro kvantový přenos klíče

5.Dvouqubitový kvantový registr, entanglement, Bellovy (EPR) stavy

6.Dvouqubitová hradla a jejich skládání, nemožnost klonování qubitu

7.Superhusté kódování, vícequbitové kvantové registry, vícequbitová hradla, kvantová teleportace

8.Kvantové obvody, univerzální kvantový počítač

9.Jednoduché kvantové algoritmy (Deutschův-Jozsův)

10.Kvantová Fourierova transformace

11.Kvantový algoritmus pro odhad fáze vlastního čísla

12.Variační metody a řešení soustav lineárních rovnic, kvantové technologie a strojové učení

Osnova cvičení:

Cvičení sestávají z řešení úloh v prostředí Qiskit a tematicky kopírují náplň přednášek.

Cíle studia:

Studijní materiály:

1.M. A. Nielsen, I. L. Chuang, Quantum computation and quantum information, Cambridge Univ. Press, 2013.

2.Learn Quantum Computation using Qiskit: https://qiskit.org/textbook

Poznámka:

http://courses.fit.cvut.cz/BI-QAP/

Další informace:

http://courses.fit.cvut.cz/BI-QAP/

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Bc. program Informatika, pro fázi studia bez oboru, 2015-2020 (volitelný předmět)
• Bc. obor Bezpečnost a informační technologie, 2015-2020 (volitelný předmět)
• Bc. obor Teoretická informatika, 2015-2020 (volitelný předmět)
• Bc. obor Počítačové inženýrství, 2015-2020 (volitelný předmět)
• Bc. obor Informační systémy a management, 2015-2020 (volitelný předmět)
• Bc. obor Webové a softwarové inženýrství, zaměření Softwarové inženýrství, 2015-2020 (volitelný předmět)
• Bc. obor Webové a softwarové inženýrství, zaměření Webové inženýrství, 2015-2020 (volitelný předmět)
• Bc. obor Webové a softwarové inženýrství, zaměření Počítačová grafika, 2015-2020 (volitelný předmět)
• Bc. obor Znalostní inženýrství, 2018-2020 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Informační bezpečnost, 2021 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Manažerská informatika, 2021 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Počítačová grafika, 2021 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Počítačové inženýrství, 2021 (volitelný předmět)
• Bc. program, pro fázi studia bez specializace, 2021 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Webové inženýrství, 2021 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Umělá inteligence, 2021 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Teoretická informatika, 2021 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Softwarové inženýrství, 2021 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Počítačové systémy a virtualizace, 2021 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Počítačové sítě a Internet, 2021 (volitelný předmět)
• Study plan for Ukrainian refugees (volitelný předmět)
• Bc. specializace Informační bezpečnost, 2024 (volitelný předmět)
• Bc. program, pro fázi studia bez specializace, 2024 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Manažerská informatika, 2024 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Počítačová grafika, 2024 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Softwarové inženýrství, 2024 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Webové inženýrství, 2024 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Počítačové sítě a Internet, 2024 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Počítačové inženýrství, 2024 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Počítačové systémy a virtualizace, 2024 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Umělá inteligence, 2024 (volitelný předmět)
• Bc. specializace Teoretická informatika, 2024 (volitelný předmět)