Reprezentace klasických dat pomocí kvantových stavů metodou rozděl a panuj

Abstract

Tato práce se zaměřuje na zkoumání několika známých způsobů kvantového kódování dat. Konkrétně jsou představeny čtyři postupy kódování dat, z nichž každý využívá jiný přístup k reprezentaci klasických dat pomocí kvantových stavů. Konkrétně jsou probírány metody bazického, úhlového a amplitudového kódování dat. Také je prezentována metoda kódování dat na základě principu "rozděl a panuj", přičemž tato metoda vychází z metody amplitudového kódování. Každý způsob kódování je nejprve teoreticky představen a vysvětlen, přičemž jsou podrobně rozebrány důsledky a vlastnosti. Jednotlivé kódovací strategie jsou porovnány z hlediska počtu potřebných qubitů a hradel. Součástí práce je repozitář obsahující implementaci každé představené strategie kódování. Implementace využívá jazyk Python a knihovnu Qiskit. Všechny kódovací metody jsou testovány prostřednictvím malého vstupu na kvantových počítačích od IBM a výsledky jsou porovnány s očekávanými výsledky.

This thesis focuses on exploring several known quantum data encoding methods. Specifically, four data encoding methods are presented, each utilizing a different approach to the representation of classical data using quantum states. Namely, the basis, angle, amplitude, and divide-and-conquer data encoding methods are discussed, with the divide-and-conquer encoding approach being based on the amplitude encoding method. Each encoding technique is first introduced and explained from a theoretical standpoint, with implications and characteristics discussed in detail. The encoding approaches are compared in terms of their qubit and gate complexities. The thesis comes with a repository containing the Python implementation of each introduced encoding method, with the implementation using the Qiskit library. Each encoding method is tested using a small input on IBM Quantum hardware, and the outcomes are compared with the expected results.