La computazione quantistica e l'algoritmo di Grover

This thesis explores the implementation of quantum algorithms, with a particular focus on Grover's Algorithm, using two main platforms: IBM Qiskit and Microsoft Q# with the Quantum Development Kit (QDK). The thesis begins with an introduction to quantum theory, followed by a comparison between classical and quantum computing, highlighting the advantages offered by quantum systems in solving complex problems. Using Qiskit, the process of designing and implementing Grover's Algorithm is illustrated, from building the oracle to diffusion, through optimization and execution on both a simulator and real quantum hardware. In parallel, the implementation of the algorithm using Microsoft Q# is demonstrated, highlighting the differences between the two platforms. The thesis compares the performance between simulation and real execution, analyzing code optimizations and the use of compiler optimization levels. The work concludes with a comparison between classical and quantum computing and the future implications for their use in solving complex problems.

In questa tesi viene esplorata l'implementazione di algoritmi quantistici, con particolare attenzione all'Algoritmo di Grover, utilizzando due piattaforme principali: IBM Qiskit e Microsoft Q# con Quantum Development Kit (QDK). La tesi inizia con un'introduzione alla teoria quantistica, seguita da un confronto tra computazione classica e quantistica, evidenziando i vantaggi offerti dai sistemi quantistici nella risoluzione di problemi complessi. Utilizzando Qiskit, viene illustrato il processo di progettazione e implementazione dell'Algoritmo di Grover, dalla costruzione dell'oracolo alla diffusione, fino all'ottimizzazione e all'esecuzione su simulatore e hardware quantistico reale. Parallelamente, viene mostrata l'implementazione dell'algoritmo con Microsoft Q#, mettendo in risalto le differenze tra le due piattaforme. La tesi confronta le prestazioni tra simulazione ed esecuzione reale, analizzando le ottimizzazioni del codice e l'uso dei livelli di ottimizzazione del compilatore. Il lavoro si conclude con un confronto tra computazione classica e quantistica e le implicazioni future per il loro utilizzo nella risoluzione di problemi complessi.