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

Mapping Fermionic Operators for Quantum Chemistry Simulations

Wagner, Michael

Published May 9, 2025• 0 citations
OpenAlex

Abstract

Simulace molekulárních systémů je klíčovým úkolem kvantové chemie, avšak kvůli složitosti kvantových mnohočásticových interakcí zůstává výpočetně náročná na klasických počítačích. Kvantové počítače, které se řídí stejnými principy jako systémy, které mají modelovat, nabízejí přirozený rámec pro takové simulace. Tato práce se zaměřuje na transformaci úloh elektronové struktury molekul do reprezentací vhodných pro kvantové výpočty. V této podobě lze využít kvantové algoritmy k odhadu molekulárních vlastností, jako je například energie základního nebo excitovaných stavů. Tímto přístupem zkoumáme základní kroky potřebné k využití potenciálu kvantových výpočtů v oblasti výpočetní chemie.

Related papers

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

Quantum computing in many-body physics

Jan Brandejs

Název práce: Kvantové výpočty v mnohočásticové fyzice Autor: Jan Brandejs Katedra: Ústav částicové a jaderné fyziky Vedoucí bakalářské práce: prof. RNDr. Pavel Cejnar, Dr., DSc., Ústav částicové a jaderné fyziky Abstrakt: Při simulaci mnohočásticových kvantových systém· obvykle dochází k exponenciální explozi výpočetní složitosti. Kvantové počítače umožňují ten- to problém principiálně vyřešit. Díky práci R. Feynmanna je známo, že axiomy teorie složitosti vychází z fyzikálních zákon·. Situace se změní, zavedeme-li do výpočetního procesu mimo klasické fyziky i kvantovou teorii. Ukazuje se, že pro efektivní simulaci kvantového systému je vhodné použít jiný, lépe kontrolovatelný kvantový systém. Realizace výpočtu s využitím q-bit· a kvantového paralelismu pak ve vybraných případech vede k zásadní redukci složitosti. Kvantové počítače potenciálně umožňují realizaci výpočt· a simulací, které jsou s klasickými počíta- či prakticky neproveditelné. Zejména na poli kvantové chemie vyvstává možnost přímočaré aplikace. Tato práce je zaměřena na použití kvantových počítač· pro mnohočásticové problémy a obsahuje analýzu složitosti kvantové simulace atomo- vých jader. Klíčová slova: kvantový počítač, kvantová simulace, mnohočásticová fyzika

•Jan 1, 2014•0 citations

Applying Quantum Computing to Solve Biological Problems

Michal Plšek

Tato diplomová práce shrnuje současný stav využití kvantových počítačů v bioinformatice, zejména v oblasti výpočtu základních i excitovaných stavů molekulárních systémů a~molekulární fragmentace. Na konkrétním zvoleném proteinovém komplexu (luciferáza) reprezentuje použití MBE-2 fragmentace, kvantově-mechanické/molekulárně-mechanické (QM/MM) simulace a výpočtů v aktivním prostoru fragmentů. Pro výpočet základní energie na menších fragmentech kvantově-mechanické části systému jsou aplikovány variační metody (VQE) a metody založené na vzorkování (SQD). Výpočty byly provedeny na kvantovém simulátoru i kvantovém počítači a porovnány s některými klasickými metodami. I~přes značná omezení aktuálních NISQ kvantových počítačů výsledky ukazují budoucí potenciál pro jejich využití u systémů, které jsou silně korelované nebo u nich dochází k~disociaci chemických vazeb.

•Jan 1, 2026•0 citations

Identifying topological properties of quantum walks using quantum classification algorithms

Hudeček, Vlastimil

Diskrétní časové kvantové procházky se ukázaly jako užitečný nástroj v oblasti kvantového počítání. Je známo, že DTQW (kvantové procházky s diskreditovaným časem) mohou vykazovat řadu topologických fází, které lze využít při navrhování využití, které jsou odolné vůči různým typům šumu a poruch. Schopnost určit topologickou fázi, ve které se DTQW nachází, je jedním z klíčových úkolů pro jakoukoli aplikaci. Tato práce se zaměřuje na prozkoumání možnosti využití kvantových klasifikačních metod pro určení topologické fáze kvantových procházek. Text práce pokrývat vývoj metod a jejich implementaci na kvantových počítačích.

•May 9, 2025•0 citations

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

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
Simulace molekulárních systémů je klíčovým úkolem kvantové chemie, avšak kvůli složitosti kvantových mnohočásticových interakcí zůstává výpočetně náročná na klasických počítačích. Kvantové počítače, které se řídí stejnými principy jako systémy, které mají modelovat, nabízejí přirozený rámec pro takové simulace. Tato práce se zaměřuje na transformaci úloh elektronové struktury molekul do reprezentací vhodných pro kvantové výpočty. V této podobě lze využít kvantové algoritmy k odhadu molekulárních vlastností, jako je například energie základního nebo excitovaných stavů. Tímto přístupem zkoumáme základní kroky potřebné k využití potenciálu kvantových výpočtů v oblasti výpočetní chemie.
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.
Název práce: Kvantové výpočty v mnohočásticové fyzice Autor: Jan Brandejs Katedra: Ústav částicové a jaderné fyziky Vedoucí bakalářské práce: prof. RNDr. Pavel Cejnar, Dr., DSc., Ústav částicové a jaderné fyziky Abstrakt: Při simulaci mnohočásticových kvantových systém· obvykle dochází k exponenciální explozi výpočetní složitosti. Kvantové počítače umožňují ten- to problém principiálně vyřešit. Díky práci R. Feynmanna je známo, že axiomy teorie složitosti vychází z fyzikálních zákon·. Situace se změní, zavedeme-li do výpočetního procesu mimo klasické fyziky i kvantovou teorii. Ukazuje se, že pro efektivní simulaci kvantového systému je vhodné použít jiný, lépe kontrolovatelný kvantový systém. Realizace výpočtu s využitím q-bit· a kvantového paralelismu pak ve vybraných případech vede k zásadní redukci složitosti. Kvantové počítače potenciálně umožňují realizaci výpočt· a simulací, které jsou s klasickými počíta- či prakticky neproveditelné. Zejména na poli kvantové chemie vyvstává možnost přímočaré aplikace. Tato práce je zaměřena na použití kvantových počítač· pro mnohočásticové problémy a obsahuje analýzu složitosti kvantové simulace atomo- vých jader. Klíčová slova: kvantový počítač, kvantová simulace, mnohočásticová fyzika
Tato diplomová práce shrnuje současný stav využití kvantových počítačů v bioinformatice, zejména v oblasti výpočtu základních i excitovaných stavů molekulárních systémů a~molekulární fragmentace. Na konkrétním zvoleném proteinovém komplexu (luciferáza) reprezentuje použití MBE-2 fragmentace, kvantově-mechanické/molekulárně-mechanické (QM/MM) simulace a výpočtů v aktivním prostoru fragmentů. Pro výpočet základní energie na menších fragmentech kvantově-mechanické části systému jsou aplikovány variační metody (VQE) a metody založené na vzorkování (SQD). Výpočty byly provedeny na kvantovém simulátoru i kvantovém počítači a porovnány s některými klasickými metodami. I~přes značná omezení aktuálních NISQ kvantových počítačů výsledky ukazují budoucí potenciál pro jejich využití u systémů, které jsou silně korelované nebo u nich dochází k~disociaci chemických vazeb.
Diskrétní časové kvantové procházky se ukázaly jako užitečný nástroj v oblasti kvantového počítání. Je známo, že DTQW (kvantové procházky s diskreditovaným časem) mohou vykazovat řadu topologických fází, které lze využít při navrhování využití, které jsou odolné vůči různým typům šumu a poruch. Schopnost určit topologickou fázi, ve které se DTQW nachází, je jedním z klíčových úkolů pro jakoukoli aplikaci. Tato práce se zaměřuje na prozkoumání možnosti využití kvantových klasifikačních metod pro určení topologické fáze kvantových procházek. Text práce pokrývat vývoj metod a jejich implementaci na kvantových počítačích.
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 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.