Přeskočit na hlavní obsah
Přeskočit hlavičku

Programování kvantových počítačů a kvantové algoritmy

Typ studia navazující magisterské
Jazyk výuky angličtina
Kód 460-4160/02
Zkratka PKP
Název předmětu česky Programování kvantových počítačů a kvantové algoritmy
Název předmětu anglicky Quantum computer programming and quantum algorithms
Kreditů 4
Garantující katedra Katedra informatiky
Garant předmětu prof. Ing. Ivan Zelinka, Ph.D.

Osnova předmětu

Přednášky

Úvod do kvantových výpočtů a kvantového hardwaru
Kvantové bity (qubity) a kvantové brány

Programování v Qiskit – Úvod
Programování v Cirq – Úvod
Programování v Alternativním rámci – Úvod
Simulátory kvantových počítačů a reálné kvantové systémy
Základní kvantové algoritmy: Groverův algoritmus
Kvantová Fourierova transformace a její aplikace
Základní kvantové algoritmy: Shorův algoritmus
Kvantové optimalizační algoritmy
Optimalizace kvantových obvodů a transpiler
Hybridní kvantově-klasické algoritmy
Závěrečný projekt a shrnutí

Cvičení (na PC učebnách):

Laboratorní cvičení 1: Základní kvantové operace a brány v Qiskit a Cirq.
Laboratorní cvičení 2: Práce s kvantovými simulátory a reálnými kvantovými počítači.
Laboratorní cvičení 3: Groverův algoritmus v praxi.
Laboratorní cvičení 4: Implementace Shorova algoritmu.
Laboratorní cvičení 5: Optimalizace kvantových obvodů.
Laboratorní cvičení 6: Hybridní kvantově-klasické algoritmy.

E-learning

Pro e-learningovou podporu bude využit AI asistent, který poskytne studentům interaktivní a nepřetržitou pomoc při studiu kvantového programování a kvantových algoritmů. Asistent bude obsahovat kompletní znalostní bázi kurzu, včetně teoretických konceptů, praktických ukázek a laboratorních cvičení. Studenti budou moci klást dotazy, získávat vysvětlení k algoritmům, konzultovat optimalizaci kvantových obvodů a dostávat zpětnou vazbu na své kódy v prostředích Qiskit, Cirq a dalších kvantových frameworkech. AI asistent umožní rychlejší pochopení složitých konceptů, čímž podpoří efektivnější samostudium a usnadní řešení laboratorních úloh v průběhu celého kurzu.

Povinná literatura

Nielsen, M. A., & Chuang, I. L. (2010). Quantum Computation and Quantum Information (10th Anniversary Edition). Cambridge University Press. ISBN-13: 978-1107002173.
https://www.cambridge.org/highereducation/books/quantum-computation-and-quantum-information/01E10196D0A682A6AEFFEA52D53BE9AE
Pokrytí lekcí: 1, 2, 6, 7 – Introduction to Quantum Computation, Qubits, Quantum Gates, Grover’s Algorithm, Shor’s Algorithm, Quantum Fourier Transform

Abraham, H., Akhalwaya, I. Y., Aleksandrowicz, G., Bello, L., Ben-Haim, Y., Bucher, M., Cabrera-Hernández, F. J., ... & Wood, C. (2019). Learn Quantum Computation with Qiskit. Qiskit Community.
https://qiskit.org/textbook/
Pokrytí lekcí: 3, 5, 6 – Introduction to Qiskit, Quantum Simulators, Real Quantum Systems, Grover’s Algorithm, Shor’s Algorithm

Yanofsky, N. S., & Mannucci, M. A. (2008). Quantum Computing for Computer Scientists. Cambridge University Press. ISBN-13: 978-0521879965 .
https://www.cambridge.org/core/books/quantum-computing-for-computer-scientists/8AEA723BEE5CC9F5C03FDD4BA850C711
Pokrytí lekcí: 1, 2, 6 – Introduction to Quantum Computing, Qubits, Quantum Gates, Grover’s Algorithm

Johnston, E. R., Harrigan, N., & Gimeno-Segovia, M. (2019). Programming Quantum Computers: Essential Algorithms and Code Samples. O'Reilly Media. ISBN-13: 978-1492039686.
https://www.amazon.com/Programming-Quantum-Computers-Essential-Algorithms/dp/1492039683
Pokrytí lekcí: 3, 4, 6 – Introduction to Qiskit, Cirq, Quantum Circuit Optimization, Grover’s Algorithm, Shor’s Algorithm

Doporučená literatura

Wittek, P. (2014). Quantum Machine Learning: What Quantum Computing Means to Data Mining. Academic Press. ISBN-13: 978-0128100402 .
https://www.amazon.com/Quantum-Machine-Learning-Computing-Elsevier-ebook/dp/B00NPVBN0W
Pokrytí lekcí: 4, 5, 8 – Quantum Machine Learning, Quantum Circuit Optimization, Variational Quantum Algorithms

Rieffel, E., & Polak, W. (2011). Quantum Computing: A Gentle Introduction. MIT Press. ISBN-13: 978-0262015066 .
https://mitpress.mit.edu/9780262015066/quantum-computing/
Pokrytí lekcí: 1, 2, 5, 6 – Introduction to Quantum Computing, Quantum Simulators, Real Quantum Systems, Grover’s Algorithm, Shor’s Algorithm

Kitaev, A. Yu., Shen, A., & Vyalyi, M. (2002). Classical and Quantum Computation. American Mathematical Society. ISBN-13: 978-0821826957 .
https://www.amazon.com/Classical-Quantum-Computation-Graduate-Mathematics/dp/0821832298
Pokrytí lekcí: 1, 6, 7 – Classical vs Quantum Computation, Grover’s Algorithm, Shor’s Algorithm, Quantum Fourier Transform

Hidary, J. D. (2019). Quantum Computing: An Applied Approach. Springer. ISBN-13: 978-3030239213 .
https://www.springer.com/gp/book/9783030239213
Pokrytí lekcí: 5, 8, 9 – Quantum Simulators, Variational Quantum Algorithms, Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA)