[1] Gottesman, D. (1997). Stabilizer codes and quantum error correction. California Institute of Technology.
[2] Lidar, D. A., & Brun, T. A. (Eds.). (2013). Quantum error correction. Cambridge university press.
Kvantová oprava chyb
| Jazyk výuky | angličtina, čeština |
|---|---|
| Kód | 460-4161 |
| Zkratka | KOCH |
| Název předmětu česky | Kvantová oprava chyb |
| Název předmětu anglicky | Quantum error correction |
| Garantující katedra | Katedra informatiky |
| Garant předmětu | Ryszard Stefan Kukulski, Ph.D. |
Anotace
Po absolvování tohoto kurzu budou studenti schopni:
Znalosti
• Porozumění kvantové opravě chyb – Studenti pochopí principy kvantové teorie opravy chyb, včetně modelů kvantového šumu, kvantových korekčních kódů a stabilizačních kódů.
• Kritéria kvantové opravy chyb – Studenti se seznámí s Knill-Laflamme podmínkami a kvantovými kritérii pro opravu chyb, která umožňují efektivní detekci a korekci kvantových chyb.
• Stabilizační kódy a CSS kódy – Studenti získají znalosti o Calderbank-Shor-Steane (CSS) kódech a dalších stabilizačních kódech, které tvoří základ pro pokročilé kvantové korekční metody.
• Kvantová korekce chyb odolná vůči chybám – Studenti pochopí metody fault-tolerant kvantového výpočtu, včetně kódů navržených pro kvantové procesory s vysokou mírou šumu.
• Pravděpodobnostní kvantové kódy – Studenti se seznámí s novými přístupy k opravě kvantových chyb pomocí pravděpodobnostních metod a naučí se analyzovat jejich výkonnost.
Dovednosti
• Modelování kvantového šumu – Studenti budou schopni simulovat a analyzovat modely kvantového šumu a kvantových chyb v prostředích pro kvantové výpočty.
• Implementace kvantových korekčních kódů – Studenti se naučí programovat a testovat kvantové korekční kódy, včetně stabilizačních kódů a CSS kódů, ve frameworkech Qiskit a Cirq.
• Optimalizace kvantových korekčních protokolů – Studenti budou schopni analyzovat a navrhovat kvantové korekční schémata, přizpůsobená různým typům kvantových procesorů.
• Aplikace pravděpodobnostních kódů v kvantové opravě chyb – Studenti si osvojí metody pravděpodobnostního kódování a detekce chyb, které se využívají v nejnovějších přístupech k opravě kvantových chyb.
• Analýza výkonu kvantových korekčních metod – Studenti budou schopni porovnávat efektivitu různých korekčních kódů a vyhodnocovat jejich robustnost vůči šumu.
Kompetence
• Analytické myšlení – Studenti získají schopnost kriticky analyzovat kvantové korekční metody a jejich dopad na spolehlivost kvantových výpočtů.
• Samostatné řešení problémů kvantového šumu – Studenti budou schopni vyvíjet vlastní přístupy k mitigaci šumu a kvantových chyb v praktických scénářích.
• Práce s moderními kvantovými technologiemi – Kurz poskytne studentům praktickou zkušenost s implementací kvantových korekčních kódů na simulátorech i reálných kvantových zařízeních.
• Připravenost na výzkum v oblasti kvantových oprav chyb – Studenti získají pevný teoretický základ a praktické dovednosti, které jim umožní zapojit se do vědeckého výzkumu v oblasti kvantové informační bezpečnosti.
Tento kurz připraví studenty na hlubší porozumění kvantovým korekčním metodám a umožní jim praktickou implementaci kvantových oprav chyb na moderních kvantových systémech.
Znalosti
• Porozumění kvantové opravě chyb – Studenti pochopí principy kvantové teorie opravy chyb, včetně modelů kvantového šumu, kvantových korekčních kódů a stabilizačních kódů.
• Kritéria kvantové opravy chyb – Studenti se seznámí s Knill-Laflamme podmínkami a kvantovými kritérii pro opravu chyb, která umožňují efektivní detekci a korekci kvantových chyb.
• Stabilizační kódy a CSS kódy – Studenti získají znalosti o Calderbank-Shor-Steane (CSS) kódech a dalších stabilizačních kódech, které tvoří základ pro pokročilé kvantové korekční metody.
• Kvantová korekce chyb odolná vůči chybám – Studenti pochopí metody fault-tolerant kvantového výpočtu, včetně kódů navržených pro kvantové procesory s vysokou mírou šumu.
• Pravděpodobnostní kvantové kódy – Studenti se seznámí s novými přístupy k opravě kvantových chyb pomocí pravděpodobnostních metod a naučí se analyzovat jejich výkonnost.
Dovednosti
• Modelování kvantového šumu – Studenti budou schopni simulovat a analyzovat modely kvantového šumu a kvantových chyb v prostředích pro kvantové výpočty.
• Implementace kvantových korekčních kódů – Studenti se naučí programovat a testovat kvantové korekční kódy, včetně stabilizačních kódů a CSS kódů, ve frameworkech Qiskit a Cirq.
• Optimalizace kvantových korekčních protokolů – Studenti budou schopni analyzovat a navrhovat kvantové korekční schémata, přizpůsobená různým typům kvantových procesorů.
• Aplikace pravděpodobnostních kódů v kvantové opravě chyb – Studenti si osvojí metody pravděpodobnostního kódování a detekce chyb, které se využívají v nejnovějších přístupech k opravě kvantových chyb.
• Analýza výkonu kvantových korekčních metod – Studenti budou schopni porovnávat efektivitu různých korekčních kódů a vyhodnocovat jejich robustnost vůči šumu.
Kompetence
• Analytické myšlení – Studenti získají schopnost kriticky analyzovat kvantové korekční metody a jejich dopad na spolehlivost kvantových výpočtů.
• Samostatné řešení problémů kvantového šumu – Studenti budou schopni vyvíjet vlastní přístupy k mitigaci šumu a kvantových chyb v praktických scénářích.
• Práce s moderními kvantovými technologiemi – Kurz poskytne studentům praktickou zkušenost s implementací kvantových korekčních kódů na simulátorech i reálných kvantových zařízeních.
• Připravenost na výzkum v oblasti kvantových oprav chyb – Studenti získají pevný teoretický základ a praktické dovednosti, které jim umožní zapojit se do vědeckého výzkumu v oblasti kvantové informační bezpečnosti.
Tento kurz připraví studenty na hlubší porozumění kvantovým korekčním metodám a umožní jim praktickou implementaci kvantových oprav chyb na moderních kvantových systémech.
Povinná literatura
Doporučená literatura
[1] Nielsen, M. A. (1998). Quantum Information Theory (Doctoral dissertation, The University of New Mexico).
[2] E. Knill and R. Laflamme, “Theory of quantum error-correcting codes,” Physical Review A, vol. 55, no. 2, p. 900, 1997
[3] R. Laflamme, C. Miquel, J. P. Paz, and W. H. Zurek, “Perfect quantum error correcting code,” Physical Review Letters, vol. 77, no. 1, p. 198, 1996.
[4] A. R. Calderbank and P. W. Shor, “Good quantum error-correcting codes exist,” Physical Review A, vol. 54, no. 2, p. 1098, 1996.
[5] A. M. Steane, “Simple quantum error-correcting codes,” Physical Review A, vol. 54, no. 6, p. 4741, 1996.
[6] A. M. Steane, “Error correcting codes in quantum theory,” Physical Review Letters, vol. 77, no. 5, p. 793, 1996.
[2] E. Knill and R. Laflamme, “Theory of quantum error-correcting codes,” Physical Review A, vol. 55, no. 2, p. 900, 1997
[3] R. Laflamme, C. Miquel, J. P. Paz, and W. H. Zurek, “Perfect quantum error correcting code,” Physical Review Letters, vol. 77, no. 1, p. 198, 1996.
[4] A. R. Calderbank and P. W. Shor, “Good quantum error-correcting codes exist,” Physical Review A, vol. 54, no. 2, p. 1098, 1996.
[5] A. M. Steane, “Simple quantum error-correcting codes,” Physical Review A, vol. 54, no. 6, p. 4741, 1996.
[6] A. M. Steane, “Error correcting codes in quantum theory,” Physical Review Letters, vol. 77, no. 5, p. 793, 1996.