9600-0016/02 – Úvod do kvantového počítání (IQC)

Garantující katedraIT4InnovationsKredity4
Garant předmětuprof. RNDr. Marek Lampart, Ph.D.Garant verze předmětuprof. RNDr. Marek Lampart, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostvolitelný odborný
Ročník1Semestrletní
Jazyk výukyangličtina
Rok zavedení2021/2022Rok zrušení
Určeno pro fakultyHGF, FEI, FBI, FAST, FS, FMT, USP, EKFUrčeno pro typy studiamagisterské, navazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
LAM05 prof. RNDr. Marek Lampart, Ph.D.
TOM064 Ing. Jiří Tomčala, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+2
kombinovaná Zápočet a zkouška 10+10

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Cílem předmětu je zvládnout elementární koncept kvantového počítání bez znalosti kvantové fyziky a osvojit si základní úkony spojené s registrovým programováním.

Vyučovací metody

Přednášky
Cvičení (v učebně)
Projekt

Anotace

Tento předmět je základním kurzem kvantového počítání, který se zabývá základními prvky kvantové výpočetní teorie aniž by předpokládal znalost kvantové fyziky. Úvod do kvantové teorie z pohledu informatiky začíná výkladem nejnutnějších pojmů s cílem demonstrace několika elementárních příkladů kvantového zrychlení, a taky základní aplikace: Shorův faktorizační a Groverův vyhledávací algoritmus a korekce chyby. Teoretické poznání je pak demonstrováno prakticky na kvantovém počítači (simulátoru) - Atos myQLM či IBM Qiskit. Předmět je určen studentům 1. i 2. ročníku magisterského studia VŠB-TU Ostrava a nutnou prerekvizitou je znalost lineární algebry.

Povinná literatura:

1. MERMIN, N. D. Quantum Computer Science: An Introduction. Cambridge University Press, 2007. ISBN-13: 978-0521876582, ISBN-10: 0521876583. 2. NIELSEN, M. A.; CHUANG, I. L. Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge University Press, 2010. ISBN-13: 978-1107002173, ISBN-10: 9781107002173.

Doporučená literatura:

1. BENENTI, G.; CASATI, G.; ROSSINI, D.; STRINI, G. Principles of Quantum Computation and Information - A Comprehensive Textbook. World Scientific, 2018. 2. STRUBELL, E. An Introduction to Quantum Algorithms. COS498 - Chawathe, 2011. 3. ABHIJITH, J.; ADEDOYIN, A.; AMBROSIANO, J.; ANISIMOV, P.; BÄRTSCHI, A.; CASPER, W.; CHENNUPATI, G.; COFFRIN, C.; DJIDJEV, H.; GUNTER, D.; KARRA, S. ; LEMONS, N.; LIN, S.; MALYZHENKOV, A.; MASCARENAS, D.; MNISZEWSKI, S.; NADIGA, B.; O’MALLEY, D.; OYEN, D.; PAKIN, S.; PRASAD, L.; ROBERTS, R.; ROMERO, P.; SANTHI, N.; SINITSYN, N.; SWART, P. J.; WENDELBERGER, J. G.; YOON, B.; ZAMORA, R.; ZHU, W.; EIDENBENZ, S.; COLES, P. J.; VUFFRAY, M.; LOKHOV, A. Y. Quantum Algorithm Implementations for Beginners. Los Alamos National Laboratory USA, 2018.

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Test na téma základy kvantové výpočetní teorie - max. 10 bodů. Test na téma klasické kvantové algoritmy - max. 10 bodů. Individuální úloha na téma implementace kvantového algoritmu - max. 20 bodů.

E-learning

Další požadavky na studenta

Žádné další požadavky.

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Přednášky: 1. Základní vlastnosti qubitu, Blochova sféra 2. Qubity a jejich stavy, Diracova notace 3. Reverzibilní operace na qubitu, měření qubitu 4. Zapletení 5. Deutsch-Jozsův algoritmus, Bernstein-Vaziraniho algoritmus 6. Simonův algoritmus 7. Groverův algoritmus, 8. Kvantová Fourierova transformace, Shorův faktorizační algoritmus 9. RSA dekódování 10. Zjednodušený příklad korekce kvantové chyby 11. Diagnostika chyby, chybu opravující kódy 12. Kvantová kryptografie a jednoduché použití řetězení Cvičení: 1. Instalace kvantového simulátoru a připojení ke kvantovému počítači (QLM, Qiskit). 2. - 3. Tenzorová algebra a její interpretace qubitu. 4. - 12. Praktická implementace algoritmů probraných na přednášce.   Projekty: Individuální úloha na imlementaci kvantového algoritmu na vybraném kvantovém simulátoru nebo počítači.

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 2020/2021 letní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodůMax. počet pokusů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 40 (40) 20
                Písemka 1 Písemka 10  0
                Písemka 2 Písemka 10  0
                Projekt Projekt 20  0
        Zkouška Zkouška 60  11 3
Rozsah povinné účasti: Podmínky udělení zápočtu: Absolvování dvou testů - max. 20 bodů. Odevzdání a obhajoba individuální úlohy - max. 20 bodů. Maximální počet bodů, které lze získat ve cvičení je 40 bodů. Minimální počet bodů pro udělení zápočtu je 20 bodů.   Zkouška písemná i ústní.

Zobrazit historii

Podmínky absolvování předmětu a účast na cvičeních v rámci ISP: Splnění všech povinných úkolů v individuálně dohodnutých termínech.

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2023/2024 (N0612A140005) Informační a komunikační bezpečnost P angličtina Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2023/2024 (N0688A140015) Průmysl 4.0 P angličtina Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2023/2024 (N0613A140035) Informatika P angličtina Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2022/2023 (N0688A140015) Průmysl 4.0 P angličtina Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2022/2023 (N0612A140005) Informační a komunikační bezpečnost P angličtina Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2022/2023 (N0613A140035) Informatika P angličtina Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2021/2022 (N0716A060002) Automobilové elektronické systémy P angličtina Ostrava volitelný odborný stu. plán
2021/2022 (N0714A060007) Aplikovaná elektronika P angličtina Ostrava volitelný odborný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku

Hodnocení Výuky

Předmět neobsahuje žádné hodnocení.