Série kvantových workshopů na Západočeské univerzitě

V průběhu dubna a května proběhla v rámci aktivit QIC Czech série čtyř odborných workshopů zaměřených na kvantové počítání a jeho praktické využití, realizovaná ve spolupráci se společností IBM na půdě faktulty aplikovaných věd Západočeské univerzity v Plzni.

Program byl koncipován jako ucelený vzdělávací blok pokrývající vybrané klíčové oblasti – IBM Quantum Platform jako nástroj pro práci s kvantovým hardwarem, Quantum Machine Learning jako perspektivní aplikační směr a Quantum in Numerical Methods zaměřený na řešení optimalizačních úloh. Série tak propojila teoretické základy s hands-on přístupem a reflektovala aktuální stav i limity současných kvantových technologií.

WS12 – Quantum Information and Computing

První workshop, který proběhl 27. dubna se zaměřil na klíčové koncepty kvantové informatiky a výpočetních modelů. Účastníci se seznámili s rozdíly mezi klasickou a kvantovou informací, principy reprezentace stavů v Hilbertově prostoru a základními nástroji, jako je Diracova notace či Blochova sféra. Navazující část byla věnována práci s qubity – jak v jednočásticových, tak vícekubitových systémech – a operacím nad nimi pomocí kvantových hradel. Důležitou součástí byly také kvantové obvody a proces měření, včetně pokročilejších konceptů, jako jsou hustotní matice nebo kvantové kanály. Teorii doplňovaly praktické ukázky a cvičení, které umožnily lépe pochopit dynamiku kvantových stavů.

WS5 – Qiskit: Introduction

Druhý workshop dne 4. května byl orientován na praktickou implementaci kvantových algoritmů prostřednictvím open-source frameworku Qiskit a infrastruktury IBM Quantum Platform. Účastníci prošli kompletním procesem tvorby kvantového programu – od návrhu obvodů přes jejich úpravu (transpilaci) s ohledem na omezení konkrétního kvantového hardware až po jejich spuštění na simulátorech i reálných kvantových zařízeních. Workshop zároveň představil širší ekosystém nástrojů a knihoven, včetně Qiskit Functions, Add-ons a komunitních balíčků pro specifické oblasti využití. Pozornost byla věnována také tzv. execution primitives (Sampler, Estimator), které zjednodušují práci s výstupy kvantových výpočtů.

WS6 – Quantum Machine Learning: Introduction

Třetí workshop, který proběhl 11. května se věnoval oblasti kvantového strojového učení (Quantum Machine Learning, QML), která patří mezi perspektivní aplikační směry kvantových technologií. Účastníci se seznámili s metodami převodu klasických dat do kvantových stavů (např. basis, amplitude nebo angle encoding) a s konstrukcí feature map. Hlavní část workshopu byla zaměřena na model Quantum Support Vector Machine (QSVM) založený na fidelity kernelu, včetně kompletního workflow od vytvoření kernelové matice po vyhodnocení modelu. Součástí diskuse byly i aktuální technologické limity, zejména vliv šumu, omezené hloubky obvodů a škálovatelnosti.

WS13 – Quantum in Numerical Methods: Overview

18. května se pak závěrečný workshop zaměřil na využití kvantových algoritmů v numerických metodách a optimalizačních úlohách. Na konkrétním příkladu problému Max-Cut byl ukázán převod klasických optimalizačních úloh do formy QUBO a jejich následné mapování na Isingovy Hamiltoniány, které slouží jako vstup pro kvantové algoritmy. Hlavní pozornost byla věnována algoritmu QAOA (Quantum Approximate Optimization Algorithm), jenž kombinuje parametrizované kvantové obvody s klasickou optimalizací. Účastníci se seznámili s principem tohoto hybridního přístupu i s jeho praktickým využitím při hledání aproximovaných řešení složitých problémů.

Celá série workshopů potvrdila význam systematického vzdělávání v oblasti kvantových technologií a – i díky spolupráci s IBM – nabídla účastníkům nejen pevné teoretické základy, ale i praktické dovednosti využitelné při práci s aktuálně dostupnými kvantovými nástroji a platformami.