SpinQ Gemini platforma

SpinQ

Kvantinio skaičiavimo principų eksperimentai

Interaktyvūs laboratoriniai darbai, paremti branduolinio magnetinio rezonanso (BMR) kvantinio skaičiavimo platforma SpinQ Gemini. Nuo bazinių kvantinių vartų iki kvantinių algoritmų.

Autorius: prof. dr. Šarūnas Grigaliūnas

HW

Aparatūrinė platforma

SpinQ Gemini — 2 kubitų branduolinio magnetinio rezonanso (BMR/NMR) kvantinis kompiuteris, skirtas edukacijai ir moksliniams tyrimams. Dirba kambario temperatūroje.

EDU

Mokymosi tikslai

Suprasti kvantinio skaičiavimo pagrindus: kubitus, superpoziciją, kvantines grandines, matavimus ir pritaikyti šias žinias realių algoritmų eksperimentuose.

LAB

Eksperimentų struktūra

9 laboratoriniai darbai: nuo vieno kubito operacijų iki kvantinių algoritmų (Deutsch-Jozsa, Grover, Bernstein-Vazirani). Kiekvienas eksperimentas turi teoriją, simuliaciją ir interaktyvias užduotis.

Interaktyvus kubito demonstracija

Išbandykite bazines kvantines operacijas. Paspauskite vartų mygtukus, kad pakeistumėte kubito būseną.

Kubito būsena:
|0⟩
|0⟩
100%
|1⟩
0%
Eksperimentų sąrašas

Pasirinkite eksperimentą, kad pradėtumėte interaktyvų laboratorinį darbą. Eksperimentai išdėstyti nuo paprastesnių prie sudėtingesnių.

1

BMR reiskiniai ir signalai

Branduolinis sukinys, Larmor precesija, FID signalas, Furje transformacija, relaksacija ir cheminis poslinkis.

Pradinis
2

Rabi osciliacijos

Dvieju lygmenu sistemos osciliacijos, Rabi daznis, impulsu kalibravimas ir kvantiniu vartu nustatymas.

Pradinis
3

Kvantinė dekoherencija

T1 ir T2 relaksacija, spinų aidas, Ramsey interferencija ir koherencijos praradimas.

Vidutinis
4

Kvantinis valdymas

Sukimosi operatoriai, RD impulsai, vieno ir dviejų kubitų vartai, J-rysis ir CNOT realizacija.

Vidutinis
5

Kvantinės sistemos inicializacija

Terminė pusiausvyra, tankio matrica, pseudogrynoji būsena (PPS) ir spektrinė verifikacija.

Vidutinis
6

Kvantiniai loginiai vartai ir grandines

Vieno ir dvieju kubitu vartai, CNOT, SWAP, universalieji rinkiniai, grandiniu tapatumai ir Deutsch-Jozsa algoritmas.

Pazengęs
7

Kvantines busenos tomografija

Tankio matricos rekonstrukcija, Stokes parametrai, vieno ir dvieju kubitu tomografija, fidelity ir triuksmo analize.

Pazengęs
8

Kvantiniai algoritmai

Deutsch, Bernstein-Vazirani ir Grover paieskos algoritmai, orakulu konstrukcija ir amplitudes stiprinimas.

Pazengęs
9

Kvantine Furje transformacija ir fazes ivertinimas

QFT grandine, valdomi fazes vartai R_k, kvantinis fazes ivertinimas (QPE) ir HHL algoritmas tiesinems lygtims spresti.

Pazengęs
10

Integruotos kvantines technologijos

Sukinio aidas, Hahn seka, dinaminis atsiejimas (CPMG, XY-4, UDD) ir skaitmeninis impulsu optimizavimas (SMP, GRAPE).

Pazengęs
11

Integruotas tyrimo eksperimentas

Kvantines grandines konstravimas, GUI ir kodo sasajos, simuliavimas ir vykdymas tikroje kvantineje sistemoje.

Pazengęs
Diegimo ir kalibravimo rekomendacijos →

SpinQ Gemini platforma

SpinQ Gemini yra 2 kubitų branduolinio magnetinio rezonanso (BMR) kvantinis kompiuteris, sukurtas edukaciniams tikslams. Platforma leidžia atlikti tikrus kvantinius skaičiavimus kambario temperatūroje, nereikalaujant kriogeninio aušinimo.

Sistema naudoja malono rūgšties dibromo fluoracetamido molekulę kaip 2 kubitų registrą, kur vandenilio (¹H) ir fluoro (¹⁹F) branduoliai atitinka du kubitus.

2 Kubitai
BMR Technologija
25°C Darbo temp.
11 Eksperimentai
Kvantinės grandies pavyzdys

Bell būsenos sukūrimo grandis — vienas iš pagrindinių eksperimentų, demonstruojančių kvantinį susipynimą.

q₀
H
M
q₁
M
|Ψ⟩ = (|00⟩ + |11⟩) / √2
Bell būsena (Φ⁺)
RQmod ir ResilQ Studio

Laboratorinių darbų programinę pusę papildo RQmod — deklaratyvi kalba ir ResilQ Studio aplinka, skirta postkvantinės kriptografijos rizikoms modeliuoti, audituojamiems artefaktams generuoti ir pasirinktinai eksportuoti SpinQ/OpenQASM2 kvantinius eksperimentus iš to paties šaltinio.

Kas yra RQmod?

RQmod (ResilQ Studio) — autorius prof. dr. Šarūnas Grigaliūnas — yra deklaratyvi .rqmod kalba, kurioje vienu skaitomu šaltinio failu aprašomi audito tikslai, sluoksniai (transit / use / rest), QARS-NI rizikos vertinimo langai (Mosca formulė), išvesties formatai ir, pasirinktinai, kvantinis bekendas (SpinQit / OpenQASM2).

Modelis kompiliuojamas į stabilų ResilQ IR (JSON), audito užduotis, QARS-NI įvesties vektorius, CBOM įrodymų inventorių ir, jei pageidaujama, į SpinQ/QASM2 eksperimentą. Tai leidžia tą patį šaltinio failą naudoti tiek saugumo audito, tiek edukacinės kvantinės demonstracijos tikslais.

rqmod.com →
audit "spinq-bell-demo" {
  targets = ["lab.spinq.lt"]

  layers {
    use { runtime, openssl }
  }

  score qars_ni {
    mosca { t_protect="24mo";
            t_data="10y";
            t_quantum="96mo" }
  }

  backend quantum {
    provider = spinqit
    emit     = qasm2
    max_width = 2
  }

  output { formats = [json, cbom, qasm] }
}
SimulQ Notebook

Lokaliai paleidžiamas naršyklinis SpinQ ir RQmod simuliatorius mokymuisi. Notebook tipo celės palaiko SpinQ/QASM2 ir .rqmod programas; sąsaja dvikalbė (lietuvių · anglų), šviesi ir tamsi tema.

SQ

Atidaryti SimulQ Notebook puslapį

Diegimo instrukcija, archyvas atsisiuntimui ir ekrano vaizdai (LT · EN, šviesi · tamsi tema).

Laboratorija

Laboratoriniai darbai parengti bendradarbiaujant su Kauno Technologijos Universiteto mokslinkais.

KTU Kompetencijų centras

KTU Kibernetinio saugumo kompetencijų centras

Kauno technologijos universiteto centras, koordinuojantis kibernetinio saugumo tyrimus, mokymus ir bendradarbiavimą su pramonės bei valstybės partneriais.

kiber.ktu.lt →
KTU SpinQ Gemini

KTU žengia į naują erą — įsigijo kvantinį kompiuterį

Naujiena apie SpinQ Gemini kvantinio kompiuterio įsigijimą Kauno technologijos universitete — platforma, kuria paremti šie laboratoriniai darbai.

ktu.edu/news →