Квантно пресметување

1.

Наслов на наставниот предмет

Квантно пресметување

Quantum computing

2.

Код

F23L3W162

3.

Студиска програма

Примена на информациски технологии, Софтверско инженерство и информациски системи, Компјутерски науки, Компјутерско инженерство, Интернет, мрежи и безбедност, Информатичка едукација, Software engineering and information systems, Примена на информациски технологии, Софтверско инженерство и информациски системи, Компјутерски науки, Компјутерско инженерство, Интернет, мрежи и безбедност, Software engineering and information systems, Стручни студии за програмирање, Стручни студии за програмирање,

4.

Организатор на студиската програма (единица, односно институт, катедра, оддел)

Факултет за информатички науки и компјутерско инженерство

5.

Степен (прв, втор, трет циклус)

Прв циклус

6.

Академска година / семестар

4 / Зимски

7. Број на ЕКТС кредити

6.0

8.

Наставник

проф. д-р Андреја Наумоски проф. д-р Ласко Баснарков

9.

Предуслови за запишување на предметот

Архитектура и организација на компјутери или Компјутерски архитектури

10.

Цели на предметната програма (компетенции):

Студентот ќе биде оспособен за теоретска и практична работа со квантни кола за пресметки базирани на квантни бити (кјубити). Преку содржината на овој предмет, студентот ќе се стекне со знаења за квантни технологии, квантни состојби, квантни протоколи преку работа со квантни кола со еден, два и повеќе кјубити, реверзибилност во квантни кола, суперпозиција и телепортација, како и најразлични квантни кола за решавање на конкретни проблеми. Преку практичната работа, студентот ќе се запознае со Qiskit апликацијата за креирање и симулација на квантни кола.

11.

Содржина на предметната програма:

Предавања: 1. Развој на квантни компјутери. Квантни битови (кјубитови) и квантни состојби. Нотација. Мерење на кјубитови. Операции пред самиот акт на мерење. Ефект на набљудувачот. Квантни симулатори на класични компјутери. Запознавање со квантни кола и креирање на квантни кола со Qiskit. IBM Quantum. 2. Block сфера и репрезентација на квантни состојби. Концепти на основни (pure) и мешани (mixed) квантни состојби. Квантни кола и споредба со класичните логички кола. Енкодирање на влезна информација во квантни кола. Квантни кола со еден кјубит. Суперпозиција. 3. Х-порта.Y-порта, Z-порт и други. Запознавање со квантни операции. Правила за квантни операции. Заплеткани состојби. Заплеткани квантни порти. Bell правила. 4. Квантни кола со два и повеќе кјубити. CNOT-порта. CROT-порта. Q-сфера и репрезентација на квантни состојби. Операции и правила со квантни порти со повеќе кјубитови во квантни кола. CX и CZ квантни порти. 5. Замена на кјубити. Контролирани ротации. Тофоли Т-порта. Реверзибилност на Тофоли порта. Множество на порти. Клифорд и не-Клифорд порти. 6. Класични пресметки на квантен компјутер. Квантни протоколи. Deutsch-Jozsa проблем и квантно коло. Bernstein-Vazirani квантно коло 7. Колоквиумска недела 8. Simon квантно коло. Споредба на процесирачката моќ помеѓу квантните компјутери со класичните. Споредба на комплексноста на решението со класични компјутери. 9. Изнаоѓање на фаза. Примена на квантно коло за изнаоѓање на фаза. Shor квантно коло. Квантно коло за изнаоѓање на прости броеви. Имплементација во Qiskit. 10. Пребарување со помош на квантни кола. Комплексност на извршување на квантно коло за пребарување. SAT проблеми. Grover квантно коло. Креирање на квантни кола за Grover квантно коло. Квантно броење и симулација. Квантни walk. Пример со хиперкоцки. 11. Квантна комуникација. Протокол за квантна телепортација. Симулација на телепортациски протокол преку квантни кола. Телепортација на реален квантен компјутер (IBM хардвер). Уникатни квантни корелации и споредба со класичен пренос на информација. 12. Енкодирање на информација во кјубити. Корекција на грешки во кјубити. Квантен шум. Справување со грешки при мерења на конечниот резултат. Ублажување на грешки. 13. Примери за примена на квантни кола за конкретни апликации. Симулација на молекули. Хибридни квантно-класични невронски мрежи. Процесирање на слики со квантни кола и детекција на раб. 14. Колоквиумска недела Вежби: 1. Запознавање со Jupiter Notebooks и Qiskit. Вежби со Qiskit креирање на квантни кола. Решавање на практични примери и задачи за мерење во квантни кола. 2. Решавање на практични примери и задачи со Qiskit за квантни кола со еден кјубит и работа со квантни состојби. 3. Решавање на практични примери и задачи со Qiskit за квантни кола со различни порти. Квантни кола за заплеткани состојби и операции со нив 4. Решавање на практични примери и задачи со Qiskit за креирање квантни кола со повеќе кјубити. 5. Решавање на практични примери и задачи со Qiskit за контролирани ротации. Тофоли порти и Клифорд множество на порти. 6. Решавање на практични примери и задачи со Qiskit за креирање на квантни протоколи за комуникација. Deutsch-Jozsa и Bernstein-Vazirani квантни кола. 7. Колоквиумска недела 8. Решавање на практични примери и задачи со Qiskit за Simon квантни кола. 9. Решавање на практични примери и задачи со Qiskit за Shor квантни кола. 10. Решавање на практични примери и задачи со Qiskit за пребарување и користење на Grover базирани квантни кола. Квантни кола за квантно броење. 11. Решавање на практични примери и задачи со Qiskit за креирање на квантни кола за квантна телепортација. Телепортација на IBM хардвер. 12. Решавање на практични примери и задачи со Qiskit за креирање на квантни кола за корекција на грешки. 13. Вежби со Qiskit за примена на квантни кола за конкретни апликации 14. Колоквиумска недела

12.

Методи на учење:

предавања, аудиториски вежби, лабораториски вежби, проектни задачи, домашни задачи

13.

Вкупен расположив фонд на време

6.0 ЕКТС x 30 часа = 180 часа

14.

Распределба на расположивото време

30 + 45 + 15 + 15 + 75 = 180 часа

15.

Форми на наставните активности

15.1.

Предавања- теоретска настава

30 часови

15.2.

Вежби (лабораториски, аудиториски), семинари, тимска работа

45 часови

16.

Други форми на активности

16.1.

Проектни задачи

15 часови

16.2.

Самостојни задачи

15 часови

16.3.

Домашно учење

75 часови

17.

Начин на оценување

17.1.

Тестови

10 бодови

17.2.

Семинарска работа/ проект ( презентација: писмена и усна)

15 бодови

17.3.

Активности и учење

10 бодови

17.4.

Завршен испит

30 бодови

18.

Критериуми за оценување (бодови/ оценка)

до 50 бода

5 (пет) (F)

од 51 до 60 бода

6 (шест) (E)

од 61 до 70 бода

7 (седум) (D)

од 71 до 80 бода

8 (осум) (C)

од 81 до 90 бода

9 (девет) (B)

од 91 до 100 бода

10 (десет) (A)

19.

Услов за потпис и полагање на завршен испит

Реализирани активности 15.2

20.

Јазик на кој се изведува наставата

македонски и англиски

21.

Метод на следење на квалитетот на наставата

интерна евалуација и анкети

22.

Литература

22.1.

Задолжителна литература

22.2.

Дополнителна литература