Kvantno računarstvo

Cilj i ishod predmeta

Kvantno računarstvo je savremena naučna disciplina koja obuhvata principe računarskih nauka, kvantne mehanike i matematike. Cilj kvantnog računarstva je razvoj novih modela obrade podataka koji ne samo da unapređuju postojeće metode, već omogućavaju rešavanje problema nedostižnih za klasične računare.

Cilj predmeta je da pruži sveobuhvatni uvod u kvantno računarstvo, fokusirajući se na principe kvantne teorije informacija, na analizu i dizajn kvantnih algoritama i kvantno programiranje. Predmet takođe pokriva teme kao što su kvantna komunikacija, kvantna kriptografija, kvantni finansijski sistem, analizu najpoznatijih kvantnih algoritama, kao i kvantno mašinsko učenje. Uspešno završeni kurs omogućava razumevanje principa rada kvantnih računara i pruža osnovu za samostalan dizajn kvantnih algoritama i njihovu praktičnu implementaciju.

Teorijska nastava

Teorijska nastava obuhvata matematičke osnove kvantnog računarstva, kao što su linearna i Bulova algebra i modularna aritmetika viđene iz perspektive kvantne teorije informacija. Pažnja se zatim posvećuje modelima kvantnog bita (kubita) kao jedinici kvantne informacije i operatorima (quantum gates) koji omogućavaju manipulaciju kvantnim stanjima, služeći kao elementarne jedinice obrade podataka. Na osnovu izloženih teorijskih osnova, proučavaju se ključni elementi kvantnih algoritama. Analiziraju se i važniji kvantni algoritmi, kao što su Bernstin-Vazirani algoritam za pronalaženje skrivenih brojeva, Groverov algoritam za efikasno pretraživanje neuređenih baza podataka, i Šorov algoritam za faktorizaciju velikih brojeva, koji predstavlja značajnu pretnju savremenim sistemima zaštite podataka. Detaljno se razmatraju i protokoli za kvantnu komunikaciju, metode za kvantnu zaštitu podataka i otklanjanje grešaka. Na kraju se pažnja usmerava na kvantno mašinsko učenje, s posebnim osvrtom na generativne metode koje koriste potencijal kvantnih računara za efikasnu manipulaciju višedimenzionalnim prostorima.

Praktična nastava

Praktični deo nastave iz kvantnog računarstva obuhvata primenu matematičkih osnova u projektovanju kvantnih algoritama, kao i njihovu praktičnu implementaciju. Koriste se lokalni simulatori i onlajn alati na kvantnim platformama kao što su IBM Quantum Composer i Quantum Programming Studio. Algoritmi se implementiraju kao kvantna kola koristeći programske jezike QASM (Quantum Assembly Language) i Pajton Qiskit (Quantum Software Information Kit), čime se stiču praktične veštine u razvoju kvantnih rešenja. Praktičan deo nastave obuhvata i konkretan programski zadatak koji se predaje u formi projekta.