Přístupnostní navigace
E-application
Search Search Close
Master's Thesis
Author of thesis: Ing. Jan Kastner
Acad. year: 2025/2026
Supervisor: doc. Ing. Zdeněk Vašíček, Ph.D.
Reviewer: doc. Ing. Vojtěch Mrázek, Ph.D.
The thesis presents a method for automated quantum circuit synthesis based on grammatical evolution and multi-objective optimization. The proposed representation of an individual enables a single genome to simultaneously encode multiple problem instances, allowing the evolutionary process to more effectively capture shared structural properties of quantum circuits. The approach was evaluated on benchmark problems including the Deutsch–Jozsa algorithm, Grover’s search algorithm, the Quantum Fourier Transform, and reversible quantum adders, successfully synthesizing functionally correct circuits in all considered cases. For the Quantum Fourier Transform and the Deutsch–Jozsa algorithm, the method revealed general principles for constructing circuits for arbitrary numbers of qubits. In the case of Grover’s algorithm with a single marked element, the method identified an alternative solution requiring fewer quantum gates than the standard implementation while preserving the optimal number of oracle calls.
quantum computing, quantum circuits, quantum circuit synthesis, quantum circuit optimization, quantum circuit simulation, evolutionary algorithms, genetic programming
Date of defence
23.06.2026
Result of the defence
Defended (thesis was successfully defended)
Grading
A
Process of defence
Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm A.
Topics for thesis defence
Language of thesis
English
Faculty
Fakulta informačních technologií
Department
Department of Computer Systems
Study programme
Information Technology and Artificial Intelligence (MITAI)
Specialization
Machine Learning (NMAL)
Composition of Committee
doc. Ing. Vítězslav Beran, Ph.D. (předseda) prof. Ing. Hynek Heřmanský, Dr. Eng. (místopředseda) doc. Ing. Ondřej Lengál, Ph.D. (člen) doc. Ing. František Zbořil, Ph.D. (člen) doc. Ing. Michal Bidlo, Ph.D. (člen) RNDr. Marek Rychlý, Ph.D. (člen)
Supervisor’s reportdoc. Ing. Zdeněk Vašíček, Ph.D.
Celkově hodnotím přístup studenta k řešení diplomové práce jako mimořádně svědomitý, což se odrazilo v kvalitě zpracování a dosažených výsledcích. Doporučuji proto větší míru proaktivity co se týče informování o stavu řešení.
Cílem této experimentální diplomové práce bylo ověřit možnosti optimalizace kvantových obvodů. Nad rámec zadání se podařilo vytvořit algoritmus, který je schopen vytvářet generické struktury. Zadání tak bylo splněno.
I přes komplikace, které nebyly zaviněné studentem, se podařilo práci dokončit v dostatečném předstihu a text práce byl předložen ke kontrole.
V rámci diplomové práce se podařilo získat originální výsledky, které by bylo možné publikovat ve formě konferenčního příspěvku nebo časopiseckého článku.
Student byl co se týče práce s literaturou velmi proaktivní.
Student přistupoval k řešení velmi svědomitě a pracoval průběžně po celou dobu. Díky tomu se podařilo dojít k řešení i přes nemalé zdržení způsobené nefunkčností knihovny pro simulaci kvantových obvodů. Student své řešení konzultoval a vždy byl na konzultace řádně připraven. Počet konzultací však mohl být vyšší tak, aby bylo zřejmé, v jakém je práce stavu. Někdy vznikaly situace, kdy nebylo zřejmé, s čím se student aktuálně potýká.
Grade proposed by supervisor: A
Reviewer’s reportdoc. Ing. Vojtěch Mrázek, Ph.D.
Autor ve své práci řešil velmi náročné téma s tím, že postup řešení se musel postupně dolaďovat, stejně tak i výběr testovacích obvodů, objektiv a podobně. Student se s touto problematikou velmi dobře seznámil a podařilo se mu přinést zajímavá řešení. Přestože výrazně nezlepšují současný stav poznání z pohledu navržených obvodů, metodologicky je práce přínosná a dobře vyhodnocená. Proto navrhuji souhrnné hodnocení stupněm A - výborně.
Evaluation level: zadání splněno
Zadání hodnotím jako splněné ve všech bodech zadání.
Evaluation level: je v obvyklém rozmezí
Autor ve své práci velmi dobře popisuje problematiku kvantového počítání a dalších blízkých témat. Práce má logickou strukturu, jednotlivé kapitoly na sebe navazují a práce se dá číst jako jeden celek. Drobný komentář mám k umístění hodnocení hypervolume parametru Pareto fronty do experimentální části, větší smysl by představení metod pro vyhodnocování víceobjektových optimalizací dávalo v úvodních kapitolách. To ale nic nemění na faktu, že práce je psaná velmi dobře.
Práce je psaná dobrou angličtinou bez výraznějších jazykových a typografických chyb. Až na chybějící označování os X obsahující konfigurace běhů (např. obrázek 6.2), které by pomohlo v orientaci.
Autor čerpal z aktuální literatury v této oblasti. Využil 35 zdrojů, převážně přehledové články a monografie. Všechny zdroje jsou řádně citovány.
Autor vytvořil funkční evoluční algoritmus pro návrh kvantových obvodů. Tento algoritmus vyhodnotil až na čtyřech benchmarkových obvodech. Implementace je laděná na různé způsoby evaluace a využívá aktuální a správné nástroje pro zjištění parametrů obvodů.
Na závěr provedl komplexní analýzu nastavení algoritmu, gereneralizace i lehce škálovatelnosti, jak požadovalo zadání. Vlastní prezentace výsledků by mohla být lepší - vše je vyhodnoceno matematicky na základě hypervolume parametrů, ale na závěr by mohly být prezentovány i výsledné Pareto fronty. Oceňuji však uvedení i nalezených řešení a jejich základní analýzu.
Autor přišel s poměrně nekonvenčním způsobem reprezentace obvodů pomocí gramatické evoluce. Pro využití výsledků k publikaci by bylo vhodné ještě porovnat jiné způsoby reprezentace (např. lineární genetické programování).
Evaluation level: značně obtížné zadání
Zadání hodnotím jako značně obtížné, jelikož návrh kvantových obvodů je aktuální vědecké téma, které není na FIT v rámci studia přímo řešeno. Autor musel sám nastudovat celou problematiku kvatnového počítání, určování ekvivalence a parametrů těchto obvodů.
Grade proposed by reviewer: A
Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová