Techniky programování kvantových počítačů

Bc. Tomáš Buriánek

Diplomová práce

Programming techniques for Quantum Computers

Anotace:

V práci se zabýváme technikami programování kvantových počítačů. Ty se programují pomocí kvantových obvodů, k jejichž konstrukci v práci používáme python framework Qiskit. V rámci demonstrace studovaných programovacích technik definujeme kvantový komunikační protokol QBC (Quantum Bit Commitment) a kvantový problém USD (Unambigous State Discrimination). Pro realizaci experimentu QBC je implementována třída abstrahující tento protokol. Její funkčnost je ukázána na implementacích verzí BB84 a BC90 protokolu QBC. Obdobně pro USD byla vytvořena třída, pomocí níž je možné realizovat pamětově efektivní POVM měření na kvantových počítačích, které je důležitou součástí řešení tohoto problému, jehož implementace je obsažena v této práci. V neposlední řadě je její součástí implementace tříd pro testování a ladění kvantových obvodů, jež patří mezi programovací techniky, kterými se v práci zabýváme.

Abstract:

In the thesis we study techniques for programming quantum computers. They are programmed via designing quantum circuits for which a python framework Qiskit is used. To demonstrate presented techniques we define quantum communication protocol QBC (Quantum Bit Commitment) and quantum problem USD (Unambiguous State Discrimination). For the realization of QBC experiment a class abstracting this protocol was implemented. Its functionality is shown in implementations of versions BB84 and BC90 of the protocol QBC. Similarly for the USD a class realizing memory efective POVM measurements on quantum computers was implemented, because it is a core part of the solution for the problem, which is also included in this thesis. Last but not least classes for testing and debugging quantum circuits were created, since they belong to the group of programming techniques we study in the thesis.

Klíčová slova

Qiskit, kvantové obvody, vizualizace, testování, ladění, quantum bit commitment, QBC, POVM měření, POVM, unambiguous state discrimination, USD

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 17. 5. 2022

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 21. 6. 2022
• Vedoucí: doc. RNDr. Jan Bouda, Ph.D.
• Oponent: RNDr. Daniel Reitzner, PhD.

Masarykova univerzita

Fakulta informatiky

Magisterský studijní program / obor:
Teoretická informatika / Principy programovacích jazyků