Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Kvantové algoritmy“

Kryptografie je velmi důležitým aspektem našeho každodenního života, protože poskytuje teoretický základ informační bezpečnosti. Kvantové výpočty a informace se také stávají velmi důležitou oblastí vědy kvůli mnoha aplikačním oblastem včetně kryptologie a konkrétněji v kryptografii veřejných klíčů. Obtížnost čísel do hlavních faktorů je základem některých důležitých veřejných kryptosystémů, jejichž klíčem je kryptosystém RSA . Shorův kvantový faktoringový al-goritmus využívá zejména kvantový interferenční účinek kvantového výpočtu k faktorovým semi-prime číslům v polynomiálním čase na kvantovém počítači. Ačkoli kapacita současných kvantových počítačů vykonávat Shorův algoritmus je velmi omezená, existuje mnoho rozsáhlých základních vědeckých výzkumů o různých technikách optimalizace algoritmu, pokud jde o faktory, jako je počet qubitů, hloubka obvodu a počet bran. v této práci jsou diskutovány, analyzovány a porovnávány různé varianty Shorova factoringového algoritmu a kvantových obvodů. Některé varianty Shorova algoritmu jsou také simulované a skutečně prováděné na simulátorech a kvantových počítačích na platformě IBM QuantumExperience. Výsledky simulace jsou porovnávány z hlediska jejich složitosti a míry úspěšnosti. Organizace práce je následující: Kapitola 1 pojednává o některých klíčových historických výsledcích kvantové kryptografie, uvádí problém diskutovaný v této práci a představuje cíle, kterých má být dosaženo. Kapitola 2 shrnuje matematické základy kvantového výpočtu a kryptografie veřejných klíčů a popisuje notaci použitou v celé práci. To také vysvětluje, jak lze k rozbití kryptosystému RSA použít realizovatelný algoritmus pro vyhledávání objednávek nebo factoring. Kapitola 3 představuje stavební kameny Shorova algoritmu, včetně kvantové Fourierovy transformace, kvantového odhadu fází, modulární exponentiace a Shorova algoritmu. Zde jsou také uvedeny a porovnány různé varianty optimalizace kvantových obvodů. Kapitola 4 představuje výsledky simulací různých verzí Shorova algoritmu. V kapitole 5 pojednejte o dosažení cílů disertační práce, shrňte výsledky výzkumu a nastíňte budoucí směry výzkumu.

In this thesis, an evolutionary system for searching quantum operators in the form of unitary matrices is implemented. The aim is to propose several representations of candidate solutions and settings of the evolutionary algorithm. Two evolutionary algorithms were applied: the genetic algorithm and evolutionary strategy. Furthermore, a method of generating a unitary matrix is presented which is used for the first time for this task. This method is in some aspects better than the previous ones. Finally, a comparison of all used techniques is shown in experiments.

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.

Title: Quantum computing algorithms for quantum chemistry Author: Jakub Višňák Abstract: The topic of this study is the simulation of the quantum algorithm for the diagonalization of the matrix representation of the all-electron Dirac-Coulomb hamiltonian of the SbH molecule. Two different limited CI expansions were used to describe both the ground state (X 0+ ) and the first excited doublet (A 1) by simulating the Iterative Phase Estinamtion Algorith (IPEA). In the simulations numerically performed in this work, the "compact mapping" has been employed for the representation of the evolution operator exp(i Hˆ t); in the theoretical part of the work, the "direct mapping" is described as well. The influence of the metodics for choosing the initial eigenvector estimate is studied in both IPEA A and IPEA B variants. For those variants, the success probabilities pm are computed for different single-points on the SbH dissociation curves. The initial eigenvector estimates based on the "CISD(2)" method are found to be sufficient for both studied LCI-expansions up to internuclear distance R  6 a0. The pm dependence on the overlap between the eigenvector in question and its inital estimate - 2 0  is studied the for IPEA B method. The usability of the both variants of the IPEA in possible later calculations is...

National Institute of Standards and Technology (NIST) is currently running a stan- dardization process for a post-quantum cryptography primitives. Depending on the al- gorithms building blocks these primitives can be divided into five categories. In the first part of this thesis we described all five categories and compared their characteristics. The most important aspect of the schemes for NIST is security against both classical and quantum adversaries. We chose one of the five categories (namely, we picked lattice- based cryptosystems) for further cryptanalysis. As we think that the security analysis of some of the second round candidates in the NIST standardization project is not suffi- ciently well described in their specification documents and some known attacks are not considered at all, we provide a unified security analysis of these schemes. We described two currently known attacks (primal and dual attacks) against lattice-based schemes, estimated cost of these attacks against the lattice-based candidates in the second round of the NIST standardization project and compared these values with the security claimed by these candidates. In most cases our estimations matches those published in the speci- fication documents and therefore we conclude that the security estimates claimed by the candidates are...