Behörighetskrav

120 hp inom teknik/naturvetenskap. Kvantfysik I eller Kvantfysik F. Programmeringsteknik I eller Introduktion till beräkningsvetenskap. Linjär algebra II.

Mål

Efter godkänd kurs ska studenten kunna:

• förklara fysiken som ligger till grund för kvantdatorer respektive klassiska datorer,
• tillämpa fysikaliska och tekniska principer för att diskutera skillnader mellan klassiska datorer och kvantdatorer,
• jämföra olika typer av problem och beskriva vilka som lämpar sig för att lösas med kvantdatorer kontra problem som lika väl kan lösas med klassisk datorhårdvara,
• beskriva de grundläggande byggstenarna i kvantprocessorenheter (QPU), 
• klassificera olika kvantprogrammeringsspråk och beskriva deras roller i utvecklingen av kvantalgoritmer, 
• implementera kvantalgoritmer med hjälp av ett kvantprogrammeringsspråk, 
• simulera kvantsystem och beskriva exekvering av program på verklig kvanthårdvara. 

Innehåll

• Fysik och teknik för kvantberäkningar: kvantmekaniska principer, klassiska beräkningar kontra kvantberäkningar, kvantbitar, kvantgrindar och kvantkretsar.
• Fysikens och teknikens gränser för klassiska och kvantbaserade datorer: klassiska och icke-klassiska Turing-maskiner.
• Introduktion till kvantprogrammeringsspråk: en översikt över välkända kvantprogrammeringsspråk, grundläggande begrepp för programmering av QPU, t.ex. beskrivning av qubits, kvanttillstånd och kvantoperationer, samt inställning av programmeringsmiljön. 
• Skriva kvantalgoritmer: grundläggande kvantalgoritmer, t.ex. kvantteleportering, supertät kodning, Shors algoritm och kvantkryptering, kvantkretsdesign med Qiskit. 
• QPU-primitiver och tillämpningar: viktiga kvantalgoritmer, t.ex. amplitudförstärkning, kvantfouriertransformationen och fasuppskattning; verkliga tillämpningar, t.ex. kvantsökningsteknik.
• Simulering av kvantsystem: tekniker för kvantsimulering; praktisk erfarenhet av kvantsimulatorer och felkorrigering.
• Exekvering av program på kvanthårdvara: introduktion till leverantörer av kvanthårdvara, t.ex. IBM Quantum, Rigetti, IonQ, Google Quantum AI; hur kvantprogram körs på faktisk kvanthårdvara. 

Undervisning

Föreläsningar, lektioner, seminarier, laborationer.

Examination

Programmeringsuppgifter. Skriftlig tentamen. Muntliga och skriftliga projektpresentationer.

Övriga föreskrifter

1FA023 Introduktion till kvantdatorer och programmering och 1FA019 kan inte ingå i samma examen. 1FA019 är en mer avancerad kurs som innefattar innehållet i 1FA023.