Kvantno računarstvo

Cilj i ishod predmeta

Cilj ovog predmeta je da studentima pruži osnovni pregled brzo rastuće oblasti kvantnog računarastva. Pokriveni su najvažniji kvantni programi i njihova primena na dobro poznate kvantne algoritme uz poređenje performansi u odnosu na klasično računarstvo. Po završetku ovog predemeta student će biti u stanju da koristi matematički aparat za predviđanje rezultata kvantnih logičkih kola, objasni i analizira kvantne algoritme opisane u modelima kvantnog računarstva zasnovanim na kvantnim kolima i merenju, diskutuje o razlici u performansama između klasičnog i kvantnog računara po pitanju različitih računskih zadataka i kritički proučava i razume naučnu literaturu o kvantnom računarstvu.

Teorijska nastava

Oblasti iz linearne algebre neophodne za razumevanje postulata kvantne mehanike. Vektorski prostori. Unutrašnji proizvod, Hilbertov prostor i Dirakova notacija. Bazis, kanonični bazis i dijagonalno stanje. Blohova sfera i pojam kubita. Linerni operatori, Paulijeve matrice, tenzorski proizvod, registri kubita. Kvantni sistemi, superpozicija, entanglement i merenja. Kvantno računarstvo upotrebom kvantnih logičkih kola. Opis univerzalnog skupa logičkih kola. Kvantna teleportacija i super gusto kodovanje. Kvantni programi (povratna faza, kvantna Furijeova transformacija, estimacija faze). Kvantni algoritmi: Grover, Deutsch, Deutsch-Jozsa, Bernstein-Vazirani, Simon i Shor. Kvantna izračunavanja upotrebom modela zasnovanog na merenjima. Opisivanje stanja sa više kubita (graph-state) i matematika merenja. Kvantno kodovanje i korekcija grešaka. Kvantno računarstvo sa velikim podacima. Primene u dizajniranju lekova, hemiji, biologiji, nauci o materijalima, kriptografiji, finansijama.

Praktična nastava

Upoznavanje sa radom i alatkama za programiranje kvantnog računara IBM Quantum (Quantum services, Quantum Composer, Quantum Lab). Bitovi, kubiti i operacije sa njima. Osnovna kvantna logička kola (kapije). Kapije sa više kubita. Kapije za merenje i Bornovo pravilo. Povezivanje kapija u kolo i njegovo testiranje upotrebom IBM-QX Composer-a. Proces kvantnog izračunavanja na jednostavnim primerima. Rad sa SDK okruženjem QISKit Terra. Microsoft Q#, Quantum Development Kit i Azure Quantum. Primeri izvršavanja nekih kvantnih algoritama na simulatoru i na realnom kvantnom računaru.