Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
diplomová práce
Autor práce: Ing. Jan Swiatkowski
Ak. rok: 2025/2026
Vedoucí: prof. Ing. Jiří Jaroš, Ph.D.
Oponent: doc. Ing. Michal Bidlo, Ph.D.
Tato práce se zabývá metodikou mapování a spuštění prakticky uplatnitelných optimalizačních úloh jako Exact Set Cover, Knapsack, SAT na kvantových počítačích. Na rozdíl od klasických počítačů, které pracují s bity, využívají kvantové počítače kvantové qubity a jevy jako superpozice a provázanost, což jim umožňuje paralelně prohledávat rozsáhlé stavové prostory. Jsou proto vhodné zejména pro řešení složitých kombinatorických problémů, kde klasické algoritmy narážejí na výpočetní limity.Jádrem práce je hybridní solver pro problém Exact Set Cover využívající strategii Branch-and-Bound. V jejím rámci jsou selektivně generovány kvantové obvody založené na Groverově algoritmu pro relevantní podproblémy. Groverův algoritmus poskytuje kvadratické zrychlení pro nestrukturované prohledávání, což je důležité pro nalezení konfigurací. S ohledem na omezení současné generace hardwaru NISQ práce obsahuje komparativní analýzu výsledků ze simulátorů a reálných systémů IQM Star24 a IBM Marrakesh (Heron R2), včetně porovnání frameworků Qrisp a Qiskit. Výsledky těchto implementací optimalizačních úloh byly zhodnoceny pomocí Z-Score a byly porovnány požadavky daných kvantových obvodů pro experimentální instance problémů daných úloh. Dále byly provedeny experimenty zhodnocující prahovou hloubku kvantového obvodu, kdy se stane očekávaný výsledek obvodu nerozlišitelným. K potlačení šumu byla využita technika Matrix-free Measurement Mitigation (M3).Práce je zakončena praktickou metodickou příručkou pro vývoj hybridních kvantově-klasických aplikací. Také diskutuje výhody integrace kvantového počítače se superpočítačem v jedné fyzické lokaci a koordinaci alokace jejich zdrojů.
hybridní výpočty, kvantové výpočty, praktické využití, porovnání přístupů, Groverův algoritmus, Branch-and-Bound, Exact Set Color, SAT, Knapsack, Qiskit, Qrisp, VLQ, IQM, IBM, Error Correction, Error Mitigation, NISQ
Termín obhajoby
22.06.2026
Výsledek obhajoby
obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)
Klasifikace
A
Průběh obhajoby
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.
Otázky k obhajobě
Jazyk práce
angličtina
Fakulta
Fakulta informačních technologií
Ústav
Ústav počítačových systémů
Studijní program
Informační technologie a umělá inteligence (MITAI)
Specializace
Superpočítání (NHPC)
Složení komise
prof. Ing. Jiří Jaroš, Ph.D. (předseda) doc. Ing. Zdeněk Vašíček, Ph.D. (místopředseda) doc. Ing. Ondřej Lengál, Ph.D. (člen) Ing. Jiří Novák, Ph.D. (člen) Ing. Josef Strnadel, Ph.D. (člen) Ing. Vladimír Bartík, Ph.D. (člen)
Posudek vedoucíhoprof. Ing. Jiří Jaroš, Ph.D.
S aktivitou studenta jsem byl velmi spokojen. Přestože se jednalo o poměrně náročné zadání s řadou překážek, které student nemohl ovlivnit, zejména s nedostupností potřebného hardwaru, zhostil se svého úkolu výborně. V průběhu celého roku pracoval na řešení systematicky, pravidelně konzultoval a průběžně informoval o aktuálních problémech i navrhovaných řešeních.
S výslednou prací jsem velmi spokojen, a proto ji hodnotím stupněm A.
Cílem řešení bylo ověřit aktuální stav v oblasti kvantového počítání a jeho připravenost pro řešení praktických úloh. Kromě obvyklé práce v simulátoru byl kladen důraz také na práci s reálnými zařízeními, což řešení značně zkomplikovalo a několikrát zavedlo do slepé uličky.
Autor se však se všemi problémy úspěšně vypořádal a vypracoval výbornou diplomovou práci, v níž zdokumentoval aktuální úskalí práce s reálnými kvantovými počítači. Přestože se nepodařilo spolehlivě vyřešit problém ECP, zejména z důvodu dětských bolestí současného hardwaru, považuji získané zkušenosti za velmi cenné a přínosné pro odbornou veřejnost.
Již dlouho se mi nestalo, abych měl první verzi textu technické zprávy k dispozici s měsíčním předstihem! Text jsem tak měl možnost několikrát projít a s jeho finální podobou jsem velmi spokojen.
Přestože byla implementace dokončována ještě počátkem května, je nutné vzít v úvahu, že potřebný hardware nebyl po většinu roku dostupný. I přesto student stihl vše podstatné.
Výsledky práce dosud nebyly publikovány, práce má však poměrně velký potenciál sloužit jako technický manuál pro budoucí uživatele kvantových počítačů.
Student byl při studiu literárních pramenů velmi aktivní a samostatný. Identifikované problémy se vždy snažil opřít o relevantní literaturu a hledal v ní možná východiska.
Student byl při řešení práce velmi aktivní. Na schůzky docházel v pravidelných intervalech, konkrétně dvakrát měsíčně v zimním semestru a každý týden v letním semestru. Vždy byl dobře připravený a organizovaný. Konzultace byly velmi produktivní a z každé z nich existuje zápis.
Vývoj probíhal v souladu s dobrou inženýrskou praxí, a to s využitím verzovacích a tiketovacích systémů.
Známka navržená vedoucím: A
Posudek oponentadoc. Ing. Michal Bidlo, Ph.D.
Jedná se o zdařilou práci řešící komplexní téma a přinášející potenciálně publikovatelné výsledky a dobrá východiska pro další zkoumání v této oblasti.
Stupeň hodnocení: zadání splněno
Stupeň hodnocení: přesahuje obvyklé rozmezí
DP čítá se vším všudy 110 stran, což však není jen důsledek vysoké náročnosti tématu, ale také množstvím úloh, které se diplomant rozhodl řešit.
Práce poskytuje ucelený přehled současných technologií, programátorských přístupů a dostupných vývojových prostředků v oblasti kvantových výpočtů. Zabývá se i vlastnostmi jednotlivých řešení a vzájemně je srovnává, což dává čtenáři možnost systematického přehledu o dané oblasti.
Existují nicméně i místa, která jsou méně srozumitelná, např. od sekce 3.6.2 používání pojmu "uncomputation", kdy není jasné, co je tím myšleno (termín by měl být jasně definován v kontextu reverzibilních výpočtů). Dále např. pojem "Kraus operators", související s modelováním chyb, by měl být blíže vysvětlen, protože i způsob opravy chyb v kvantových počítačích je dále brán do úvahy.
Závažněji vidím nutné zestručnění (na úkor srozumitelnosti) kapitoly 6, resp. 7, popisující nezanedbatelnou avšak komplexní problematiku opravy chyb, resp. další řešené úlohy (SAT, knapsack - dle mého názoru je to náplň na přinejmenším jednu další DP a jejich zařazení zde, tak trochu za každou cenu, spíše celkovou úroveň této práce snižuje).
Práce je psána anglicky a má dobrou jazykovou úroveň. Z formálního pohledu trpí spíše jen drobnostmi - např. výčtové seznamy bez interpunkcí či tečkami za větami. Některé obrázky postrádají odkaz z doprovodného textu.
Bez zásadních výhrad.
Diplomant vytvořil poměrně obsáhlé implementační dílo náročné problematiky zahrnující řešení trojice různých NP-úplných úloh s podporou kvantových počítačů a další podpůrné nástroje. Až na dosti stroze komentované zdrojové kódy nemám zásadních výhrad, náročnost tématu a jeho úspěšné zvládnutí tento technický nedostatek dostatečně vyvažuje.
Práce ukázala různé způsoby realizace řešení vybraných úloh na dostupných kvantových počítačích a hlavně také limity a problémy, se kterými se aktuálně tyto technologie potýkají.
Stupeň hodnocení: značně obtížné zadání
Téma je velmi náročné jednak rozsahem nutným k popisu východisek práce, tak samotnou implementační podstatou, kdy je nutné seznámit se s vrcholovými technologiemi běžně nevyučovanými na FIT a následně je využít k realizaci vytipovaných úloh.
Známka navržená oponentem: B
Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová