Квантно рачунарство

Циљ и исход предмета

Квантно рачунарство је савремена научна дисциплина која обухвата принципе рачунарских наука, квантне механике и математике. Циљ квантног рачунарства је развој нових модела обраде података који не само да унапређују постојеће методе, већ омогућавају решавање проблема недостижних за класичне рачунаре.

Циљ предмета је да пружи свеобухватни увод у квантно рачунарство, фокусирајући се на принципе квантне теорије информација, на анализу и дизајн квантних алгоритама и квантно програмирање. Предмет такође покрива теме као што су квантна комуникација, квантна криптографија, квантни финансијски систем, aнализу најпознатијих квантних алгоритама, као и квантно машинско учење. Успешно завршени курс омогућава разумевање принципа рада квантних рачунара и пружа основу за самосталан дизајн квантних алгоритама и њихову практичну имплементацију.

Теоријска настава

Теоријска настава обухвата математичке основе квантног рачунарства, као што су линеарна и Булова алгебра и модуларна аритметика виђене из перспективе квантне теорије информација. Пажња се затим посвећује моделима квантног бита (кубита) као јединици квантне информације и операторима (quantum gates) који омогућавају манипулацију квантним стањима, служећи као елементарне јединице обраде података. На основу изложених теоријских основа, проучавају се кључни елементи квантних алгоритама. Анализирају се и важнији квантни алгоритми, као што су Бернстин-Вазирани алгоритам за проналажење скривених бројева, Грoверов алгоритам за ефикасно претраживање неуређених база података, и Шоров алгоритам за факторизацију великих бројева, који представља значајну претњу савременим системима заштите података. Детаљно се разматрају и протоколи за квантну комуникацију, методе за квантну заштиту података и отклањање грешака. На крају се пажња усмерава на квантно машинско учење, с посебним освртом на генеративне методе које користе потенцијал квантних рачунара за ефикасну манипулацију вишедимензионалним просторима.

Практична настава

Практични део наставе из квантног рачунарства обухвата примену математичких основа у пројектовању квантних алгоритама, као и њихову практичну имплементацију. Користе се локални симулатори и онлајн алати на квантним платформама као што су IBM Quantum Composer и Quantum Programming Studio. Алгоритми се имплементирају као квантна кола користећи програмске језике QASM (Quantum Assembly Language) и Пајтон Qiskit (Quantum Software Information Kit), чиме се стичу практичне вештине у развоју квантних решења. Практичан део наставе обухвата и конкретан програмски задатак који се предаје у форми пројекта.