Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Evolutionary Optimization of Quantum Circuits

Jan Kastner

Published Jan 1, 2026• 0 citations
OpenAlex

Abstract

Diplomová práce představuje metodu pro automatizovanou syntézu kvantových obvodů založenou na gramatické evoluci a vícekriteriální optimalizaci. Navržený způsob reprezentace jedince dovoluje jedinému genomu současně kódovat více instancí problému, což evolučnímu procesu usnadňuje zachycení sdílených strukturních vlastností kvantových obvodů. Navržený přístup byl vyhodnocen na referenčních úlohách zahrnujících Deutsche–Jozsův algoritmus, Groverův vyhledávací algoritmus, kvantovou Fourierovu transformaci a reverzibilní kvantové sčítačky, přičemž ve všech uvažovaných případech byly úspěšně syntetizovány plně funkční obvody. V případě kvantové Fourierovy transformace a Deutsche–Jozsova algoritmu metoda odhalila obecné principy konstrukce obvodů pro libovolný počet qubitů. U Groverova algoritmu s jediným označeným prvkem metoda identifikovala alternativní řešení vyžadující menší počet kvantových hradel než standardní implementace při zachování optimálního počtu volání orákula.

Related papers

State preparation for quantum machine learning

Martin Vidmar

Použitelnost mnohých kvantových algoritmů závisí na možnosti připravit vhodný kvantový stav, na němž bude algoritmus vyhodnocen. Toto platí zejména pro kvantové strojové učení, kde datové sady (které mohou být velké) musí být kvantovému zařízení předány skrz přípravu stavu. Avšak NISQ zařízení (kvantové počítače současné doby) trpí šumem, tudíž kvalita výsledku se značně zhoršuje s počtem hradel. Toto činí exaktní metody přípravy stavu nepoužitelnými pro větší počet qubitů kvůli exponenciální hloubce jejich obvodů. V této práci zkoumáme možnost připravování kvantových stavů aproximativně za účelem snížení vlivu šumu, přičemž se omezujeme na metody, které nepoužívají pomocné qubity. Vyhodnocujeme a porovnáváme tři existující metody přípravy stavu: zaprvé, známou exaktní metodu založenou na uniformně řízených rotacích; zadruhé, navrhnutou aproximativní metodu využívající Schmidtův rozklad; zatřetí, přetvoříme VQE do techniky pro přípravu stavu. Tyto tři metody vyhodnocujeme na simulátorech se šumem. Naše výsledky sestávají ze zevrubné teoretické diskuze těchto algoritmů, velké datové sady výsledků experimentů, a důkladné diskuze těchto výsledků doprovázené mnohými vizualizacemi.

•May 16, 2025•0 citations

Hybrid Quantum Computing: Practical Applications and Implementation

Jan Swiatkowski

Tato práce se zabývá metodikou mapování a spuštění prakticky uplatnitelných optimalizačních úloh jako Exact Set Cover, Knapsack, SAT na kvantových počítačích. Na rozdíl od klasických počítačů, které pracují s bity, využívají kvantové počítače kvantové qubity a jevy jako superpozice a provázanost, což jim umožňuje paralelně prohledávat rozsáhlé stavové prostory. Jsou proto vhodné zejména pro řešení složitých kombinatorických problémů, kde klasické algoritmy narážejí na výpočetní limity.Jádrem práce je hybridní solver pro problém Exact Set Cover využívající strategii Branch-and-Bound. V jejím rámci jsou selektivně generovány kvantové obvody založené na Groverově algoritmu pro relevantní podproblémy. Groverův algoritmus poskytuje kvadratické zrychlení pro nestrukturované prohledávání, což je důležité pro nalezení konfigurací. S ohledem na omezení současné generace hardwaru NISQ práce obsahuje komparativní analýzu výsledků ze simulátorů a reálných systémů IQM Star24 a IBM Marrakesh (Heron R2), včetně porovnání frameworků Qrisp a Qiskit. Výsledky těchto implementací optimalizačních úloh byly zhodnoceny pomocí Z-Score a byly porovnány požadavky daných kvantových obvodů pro experimentální instance problémů daných úloh. Dále byly provedeny experimenty zhodnocující prahovou hloubku kvantového obvodu, kdy se stane očekávaný výsledek obvodu nerozlišitelným. K potlačení šumu byla využita technika Matrix-free Measurement Mitigation (M3).Práce je zakončena praktickou metodickou příručkou pro vývoj hybridních kvantově-klasických aplikací. Také diskutuje výhody integrace kvantového počítače se superpočítačem v jedné fyzické lokaci a koordinaci alokace jejich zdrojů.

•Jan 1, 2026•0 citations

Programming and simulation with quantum computers

Yakovenko, Mykola

Tato práce zkoumá výkonnost a spolehlivost kvantového hardwaru éry NISQ při provádění kvantových algoritmů a simulaci otevřených kvantových systémů. Po přehledu základních konceptů kvantového výpočtu, simulace a dynamiky otevřených systémů představujeme techniky kolizních modelů pro emulaci nemarkovovských procesů. Následně implementujeme Deutsch-Jozsův a Groverův algoritmus na kvantových počítačích IBM a charakterizujeme přesnost výsledků. Na téže platformě implementujeme nemarkovovský kolizní model a ukazujeme, že kvantový hardware dokáže tyto procesy úspěšně simulovat. Také pozorujeme, že šum v hardwaru negativně ovlivňuje paměťové efekty, které jsou pro nemarkovovské procesy zásadní. Pro zmírnění tohoto šumu aplikujeme techniky mitigace chyb a systematicky porovnáváme nemitigované a mitigované výsledky, abychom vyhodnotili zlepšení přesnosti. Naše zjištění ukazují, že ačkoliv zařízení NISQ mohou věrně reprodukovat klíčové kvantové jevy, mitigace chyb není nezbytná pro kvantitativně spolehlivou simulaci paměťových efektů.

•Aug 4, 2025•0 citations

Programming and simulation with quantum computers

Jiří Viták

Přestože kvantové počítače, které mohou překonat konvenční počítače, jsou stále ve vývoji, je pro přípravu na budoucnost kvantové výpočetní techniky zásadní, abychom pokročili v porozumění a vývoji kvantových algoritmů. Tento bakalářský projekt zkoumá rozvíjející se oblast kvantového programování a simulace na aktuálně dostupných kvantových počítačích. Studujeme základy kvantového počítání a shrnujeme běžně používané principy používané v této oblasti. Teoreticky popisujeme kvantové procházky s klíčovým důrazem na varianty s diskrétním časem, které tvoří stěžejní část této práce. Dále představujeme optimalizovanou metodu pro efektivní implementaci kvantových procházek v diskrétním čase vhodnou pro současnou architekturu kvantových počítačů. Ukazujeme, že tato metoda je ve srovnání s běžnými metodami úspěšnější při zkoumání aspektů souvisejících s kvantovými procházkami, jako je dynamika šíření a dokonalý přenos stavu.

•Aug 21, 2024•0 citations

Optimization of Quantum-Enhanced Machine Learning: Simulation and Validation

Jiří Viták

Kvantově vylepšené strojové učení vzbudilo značný zájem jako přístup ke zlepšení klasických učících se algoritmů prostřednictvím využití principů kvantového počítání. Zejména kvantové mapy rysů umožňují vnoření klasických dat do vysokorozměrných Hilbertových prostorů, což může zlepšit expresivitu modelu a výkonnost klasifikace. Tato práce se zabývá návrhem a optimalizací kvantových map rysů založených na Hamiltoniánu Isingova spinového skla pro klasifikační úlohy. Navrhovaný přístup využívá bezpřechodového kvantového řízení v impulzním režimu, aby umožnil efektivní kvantovou evoluci vhodnou pro zařízení typu NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum). Experimentální výsledky ukazují, že navrhované mapy vlastností zlepšují výkon klasických klasifikačních modelů ve srovnání s referenčními přístupy, a to s nárůstem přesnosti až o 28 % a nárůstem plochy pod křivkou (AUC) až o 62 %, v závislosti na datasetu a konfiguraci modelu. Vliv hardwarového šumu je dále zkoumán porovnáním výsledků získaných z kvantového hardwaru se simulacemi tenzorových sítí představujících idealizované podmínky bez šumu. Porovnání naznačuje, že část pozorovaného zlepšení výkonu může souviset spíše s hardwarovým šumem než výhradně s návrhem kvantové mapy rysů, ačkoli k definitivnímu potvrzení této skutečnosti je nutná další analýza.

•May 8, 2026•0 citations

Design of Quantum Circuits for Variational Quantum Algorithms

Matouš Nawrath

Tato práce se zabývá variačním kvantovým eigensolverem (VQE), s konkrétním zaměřením na aplikaci při hledání minimální energie molekuly vodíku. Popisuje veškeré části tohoto algoritmu a zkoumá výhody užití různých typů kvantových hradel a metod provázání při konstrukci kvantového obvodu, Ansatzu, pro přesnější výpočet minimální energie.

•Jan 1, 2026•0 citations
Diplomová práce představuje metodu pro automatizovanou syntézu kvantových obvodů založenou na gramatické evoluci a vícekriteriální optimalizaci. Navržený způsob reprezentace jedince dovoluje jedinému genomu současně kódovat více instancí problému, což evolučnímu procesu usnadňuje zachycení sdílených strukturních vlastností kvantových obvodů. Navržený přístup byl vyhodnocen na referenčních úlohách zahrnujících Deutsche–Jozsův algoritmus, Groverův vyhledávací algoritmus, kvantovou Fourierovu transformaci a reverzibilní kvantové sčítačky, přičemž ve všech uvažovaných případech byly úspěšně syntetizovány plně funkční obvody. V případě kvantové Fourierovy transformace a Deutsche–Jozsova algoritmu metoda odhalila obecné principy konstrukce obvodů pro libovolný počet qubitů. U Groverova algoritmu s jediným označeným prvkem metoda identifikovala alternativní řešení vyžadující menší počet kvantových hradel než standardní implementace při zachování optimálního počtu volání orákula.
Použitelnost mnohých kvantových algoritmů závisí na možnosti připravit vhodný kvantový stav, na němž bude algoritmus vyhodnocen. Toto platí zejména pro kvantové strojové učení, kde datové sady (které mohou být velké) musí být kvantovému zařízení předány skrz přípravu stavu. Avšak NISQ zařízení (kvantové počítače současné doby) trpí šumem, tudíž kvalita výsledku se značně zhoršuje s počtem hradel. Toto činí exaktní metody přípravy stavu nepoužitelnými pro větší počet qubitů kvůli exponenciální hloubce jejich obvodů. V této práci zkoumáme možnost připravování kvantových stavů aproximativně za účelem snížení vlivu šumu, přičemž se omezujeme na metody, které nepoužívají pomocné qubity. Vyhodnocujeme a porovnáváme tři existující metody přípravy stavu: zaprvé, známou exaktní metodu založenou na uniformně řízených rotacích; zadruhé, navrhnutou aproximativní metodu využívající Schmidtův rozklad; zatřetí, přetvoříme VQE do techniky pro přípravu stavu. Tyto tři metody vyhodnocujeme na simulátorech se šumem. Naše výsledky sestávají ze zevrubné teoretické diskuze těchto algoritmů, velké datové sady výsledků experimentů, a důkladné diskuze těchto výsledků doprovázené mnohými vizualizacemi.
Tato práce se zabývá metodikou mapování a spuštění prakticky uplatnitelných optimalizačních úloh jako Exact Set Cover, Knapsack, SAT na kvantových počítačích. Na rozdíl od klasických počítačů, které pracují s bity, využívají kvantové počítače kvantové qubity a jevy jako superpozice a provázanost, což jim umožňuje paralelně prohledávat rozsáhlé stavové prostory. Jsou proto vhodné zejména pro řešení složitých kombinatorických problémů, kde klasické algoritmy narážejí na výpočetní limity.Jádrem práce je hybridní solver pro problém Exact Set Cover využívající strategii Branch-and-Bound. V jejím rámci jsou selektivně generovány kvantové obvody založené na Groverově algoritmu pro relevantní podproblémy. Groverův algoritmus poskytuje kvadratické zrychlení pro nestrukturované prohledávání, což je důležité pro nalezení konfigurací. S ohledem na omezení současné generace hardwaru NISQ práce obsahuje komparativní analýzu výsledků ze simulátorů a reálných systémů IQM Star24 a IBM Marrakesh (Heron R2), včetně porovnání frameworků Qrisp a Qiskit. Výsledky těchto implementací optimalizačních úloh byly zhodnoceny pomocí Z-Score a byly porovnány požadavky daných kvantových obvodů pro experimentální instance problémů daných úloh. Dále byly provedeny experimenty zhodnocující prahovou hloubku kvantového obvodu, kdy se stane očekávaný výsledek obvodu nerozlišitelným. K potlačení šumu byla využita technika Matrix-free Measurement Mitigation (M3).Práce je zakončena praktickou metodickou příručkou pro vývoj hybridních kvantově-klasických aplikací. Také diskutuje výhody integrace kvantového počítače se superpočítačem v jedné fyzické lokaci a koordinaci alokace jejich zdrojů.
Tato práce zkoumá výkonnost a spolehlivost kvantového hardwaru éry NISQ při provádění kvantových algoritmů a simulaci otevřených kvantových systémů. Po přehledu základních konceptů kvantového výpočtu, simulace a dynamiky otevřených systémů představujeme techniky kolizních modelů pro emulaci nemarkovovských procesů. Následně implementujeme Deutsch-Jozsův a Groverův algoritmus na kvantových počítačích IBM a charakterizujeme přesnost výsledků. Na téže platformě implementujeme nemarkovovský kolizní model a ukazujeme, že kvantový hardware dokáže tyto procesy úspěšně simulovat. Také pozorujeme, že šum v hardwaru negativně ovlivňuje paměťové efekty, které jsou pro nemarkovovské procesy zásadní. Pro zmírnění tohoto šumu aplikujeme techniky mitigace chyb a systematicky porovnáváme nemitigované a mitigované výsledky, abychom vyhodnotili zlepšení přesnosti. Naše zjištění ukazují, že ačkoliv zařízení NISQ mohou věrně reprodukovat klíčové kvantové jevy, mitigace chyb není nezbytná pro kvantitativně spolehlivou simulaci paměťových efektů.
Přestože kvantové počítače, které mohou překonat konvenční počítače, jsou stále ve vývoji, je pro přípravu na budoucnost kvantové výpočetní techniky zásadní, abychom pokročili v porozumění a vývoji kvantových algoritmů. Tento bakalářský projekt zkoumá rozvíjející se oblast kvantového programování a simulace na aktuálně dostupných kvantových počítačích. Studujeme základy kvantového počítání a shrnujeme běžně používané principy používané v této oblasti. Teoreticky popisujeme kvantové procházky s klíčovým důrazem na varianty s diskrétním časem, které tvoří stěžejní část této práce. Dále představujeme optimalizovanou metodu pro efektivní implementaci kvantových procházek v diskrétním čase vhodnou pro současnou architekturu kvantových počítačů. Ukazujeme, že tato metoda je ve srovnání s běžnými metodami úspěšnější při zkoumání aspektů souvisejících s kvantovými procházkami, jako je dynamika šíření a dokonalý přenos stavu.
Kvantově vylepšené strojové učení vzbudilo značný zájem jako přístup ke zlepšení klasických učících se algoritmů prostřednictvím využití principů kvantového počítání. Zejména kvantové mapy rysů umožňují vnoření klasických dat do vysokorozměrných Hilbertových prostorů, což může zlepšit expresivitu modelu a výkonnost klasifikace. Tato práce se zabývá návrhem a optimalizací kvantových map rysů založených na Hamiltoniánu Isingova spinového skla pro klasifikační úlohy. Navrhovaný přístup využívá bezpřechodového kvantového řízení v impulzním režimu, aby umožnil efektivní kvantovou evoluci vhodnou pro zařízení typu NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum). Experimentální výsledky ukazují, že navrhované mapy vlastností zlepšují výkon klasických klasifikačních modelů ve srovnání s referenčními přístupy, a to s nárůstem přesnosti až o 28 % a nárůstem plochy pod křivkou (AUC) až o 62 %, v závislosti na datasetu a konfiguraci modelu. Vliv hardwarového šumu je dále zkoumán porovnáním výsledků získaných z kvantového hardwaru se simulacemi tenzorových sítí představujících idealizované podmínky bez šumu. Porovnání naznačuje, že část pozorovaného zlepšení výkonu může souviset spíše s hardwarovým šumem než výhradně s návrhem kvantové mapy rysů, ačkoli k definitivnímu potvrzení této skutečnosti je nutná další analýza.