Квантно рачунарство

Циљ и исход предмета

Циљ овог предмета је да студентима пружи основни преглед брзо растуће области квантног рачунараства. Покривени су најважнији квантни програми и њихова примена на добро познате квантне алгоритме уз поређење перформанси у односу на класично рачунарство. По завршетку овог предемета студент ће бити у стању да користи математички апарат за предвиђање резултата квантних логичких кола, објасни и анализира квантне алгоритме описане у моделима квантног рачунарства заснованим на квантним колима и мерењу, дискутује о разлици у перформансама између класичног и квантног рачунара по питању различитих рачунских задатака и критички проучава и разуме научну литературу о квантном рачунарству.

Теоријска настава

Области из линеарне алгебре неопходне за разумевање постулата квантне механике. Векторски простори. Унутрашњи производ, Хилбертов простор и Диракова нотација. Базис, канонични базис и дијагонално стање. Блохова сфера и појам кубита. Линерни оператори, Паулијеве матрице, тензорски производ, регистри кубита. Квантни системи, суперпозиција, entanglement и мерења. Квантно рачунарство употребом квантних логичких кола. Опис универзалног скупа логичких кола. Квантна телепортација и супер густо кодовање. Квантни програми (повратна фаза, квантна Фуријеова трансформација, естимација фазе). Квантни алгоритми: Grover, Deutsch, Deutsch-Jozsa, Bernstein-Vazirani, Simon и Shor. Квантна израчунавања употребом модела заснованог на мерењима. Описивање стања са више кубита (graph-state) и математика мерења. Квантно кодовање и корекција грешака. Квантно рачунарство са великим подацима. Примене у дизајнирању лекова, хемији, биологији, науци о материјалима, криптографији, финансијама.

Практична настава

Упознавање са радом и алаткама за програмирање квантног рачунара IBM Quantum (Quantum services, Quantum Composer, Quantum Lab). Битови, кубити и операције са њима. Основна квантна логичка кола (капије). Капије са више кубита. Капије за мерење и Борново правило. Повезивање капија у коло и његово тестирање употребом IBM-QX Composer-а. Процес квантног израчунавања на једноставним примерима. Рад са SDK окружењем QISKit Terra. Microsoft Q#, Quantum Development Kit и Azure Quantum. Примери извршавања неких квантних алгоритама на симулатору и на реалном квантном рачунару.