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

Quantum variational methods applied in physics

Štěpán Skalka

Published Aug 24, 2024• 0 citations
OpenAlex

Abstract

Tato bakalářská práce se zabývá kvantovými variačními metodami a jejich aplikací ve fyzice. V teoretické části jsou popsány základní principy kvantové informatiky a variačních kvantových algoritmů. Dále jsou naznačeny možné fyzikální aplikace těchto algoritmů. Praktická část se zaměřuje na aplikaci algoritmu VQE (Variational Quantum Eigensolver) na reálný fyzikální problém, konkrétně na hledání základního stavu charmonia. Výsledky ukazují, že i přes omezení současných kvantových počítačů je možné dosáhnout relevantních výsledků, které mohou být užitečné pro další výzkum v různých oblastech fyziky.

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

Programming quantum computers

Vlastimil Hudeček

Díky rychlému vývoji kvantových počítačů v nedávné době, narůstá zájem o kvantové algoritmy a jejich využití. V prvních kapitolách této práce je podán stručný úvod do tématu kvantové výpočetní techniky a algoritmů. Dále jsou v nich shrnuty principy, vlastnosti a použití dvou významných kvantových algoritmů, variační algoritmus hledání vlastních čísel (VQE) a kvantový aproximační optimalizační algoritmus (QAOA). V dalších kapitolách jsou nastíněny v současné době dostupné softwarové nástroje pro vývoj kvantových programů, důraz je zde kladen na SDK Qiskit od IBM. Poslední část práce se věnuje implementaci zkoumaných algoritmů.

•Jan 27, 2023•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

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

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

Generation of quantum entangled states of light: theory and experimental realization

David Tomeček

Kvantové provázané stavy představují cenný zdroj neklasických kvantových jevů, které jsou intenzivně využívány v kvantových komunikacích, výpočtech aj. Umožňují např. implementaci kvantových opakovačů stavěných na algoritmu výměny kvantového provázání, které prostřednictvím optických vláken mohou na velké vzdálenosti přenášet informační qubity. Odsud vyplývá i motivace studia kvantového provázání se zaměřením na optickou doménu. Tato práce se zabývá právě problematikou kvantového provázání, jak z teoretické, tak v kontextu možné generace optickými metodami. V neposlední řadě je v korelaci s vybavením pracoviště diskutováno nejvhodnější experimentální uspořádání pro realizaci a následně je daná experimentální sestava postavena a charakterizována.

•Jun 2, 2022•0 citations
Tato bakalářská práce se zabývá kvantovými variačními metodami a jejich aplikací ve fyzice. V teoretické části jsou popsány základní principy kvantové informatiky a variačních kvantových algoritmů. Dále jsou naznačeny možné fyzikální aplikace těchto algoritmů. Praktická část se zaměřuje na aplikaci algoritmu VQE (Variational Quantum Eigensolver) na reálný fyzikální problém, konkrétně na hledání základního stavu charmonia. Výsledky ukazují, že i přes omezení současných kvantových počítačů je možné dosáhnout relevantních výsledků, které mohou být užitečné pro další výzkum v různých oblastech fyziky.
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.
Díky rychlému vývoji kvantových počítačů v nedávné době, narůstá zájem o kvantové algoritmy a jejich využití. V prvních kapitolách této práce je podán stručný úvod do tématu kvantové výpočetní techniky a algoritmů. Dále jsou v nich shrnuty principy, vlastnosti a použití dvou významných kvantových algoritmů, variační algoritmus hledání vlastních čísel (VQE) a kvantový aproximační optimalizační algoritmus (QAOA). V dalších kapitolách jsou nastíněny v současné době dostupné softwarové nástroje pro vývoj kvantových programů, důraz je zde kladen na SDK Qiskit od IBM. Poslední část práce se věnuje implementaci zkoumaných algoritmů.
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 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.
Kvantové provázané stavy představují cenný zdroj neklasických kvantových jevů, které jsou intenzivně využívány v kvantových komunikacích, výpočtech aj. Umožňují např. implementaci kvantových opakovačů stavěných na algoritmu výměny kvantového provázání, které prostřednictvím optických vláken mohou na velké vzdálenosti přenášet informační qubity. Odsud vyplývá i motivace studia kvantového provázání se zaměřením na optickou doménu. Tato práce se zabývá právě problematikou kvantového provázání, jak z teoretické, tak v kontextu možné generace optickými metodami. V neposlední řadě je v korelaci s vybavením pracoviště diskutováno nejvhodnější experimentální uspořádání pro realizaci a následně je daná experimentální sestava postavena a charakterizována.