Groverův algoritmus v kvantovém počítání a jeho aplikace

Abstract

Kvantová výpočetní technika je rychle rostoucí obor informatiky, který přenáší principy kvantových jevu do našeho každodenního života. Díky své kvantové podstatě získávají kvantové počítače převahu nad klasickými počítači. V této práci jsme se zaměřili na vysvětlení základů kvantového počítání a jeho implementaci na kvantovém počítači. Zejména se zaměřujeme na popis fungování, konstrukci a implementaci Groverova algoritmu jako jednoho ze základních kvantových algoritmů. Demonstrovali jsme sílu tohoto kvantového algoritmu při prohledávání databáze a porovnávali ho s klasickými nekvantovými algoritmy pomocí implementace prostřednictvím simulačního prostředí QISKit. Pro simulaci jsme použili QASM Simulator a State vector Simulator Aer backends a ukázali, že získané výsledky korelují s dříve diskutovanými teoretickými poznatky. Toto ukazuje, že Groverův algoritmus umožňuje kvadratické zrychlení oproti klasickému nekvantovému vyhledávacímu algoritmu, Použitelnost algoritmu stejně jako ostatních kvantových algoritmů je ale stále omezena několika faktory, mezi které patří vysoké úrovně dekoherence a chyby hradla.Quantum computing as a new field of computing is a quickly growing field which encapsulates the role of quantum phenomenon in our day to day lives. Because of the quantum characteristics, quantum computers have proved quantum supremacy over the classical computers. In this thesis we focused on discussing basics of quantum computing and in particular we focused on discussing the functioning, construction and implementation of Grover algorithm as a special case of quantum algorithms. We showcased its power as a database search algorithm over the classical non quantum ones through our algorithmic construction implemented through QISKit simulation environment. To simulate our construction, we made use of QASM Simulator and the State vector Simulator Aer backends and the results obtained correlated with the earlier discussed theoretical findings highly proving that Grover's algorithm provides quadratic speed up over the classical non quantum search algorithm which is a much better improvement but as at hand, the applicability of the algorithm as many others is still limited by several factors amongst which includes high decoherence levels and gate errors.