Module Code: CMT304

Module Title: Programming Paradigms

Assessment Title: Quantum Computing

Assignment

Consider the following quantum circuit:

It consists of two CNOT gates in the middle of the circuit.  The two-qubit input quantum register |x〉is an arbitrary quantum state and can be set by the user.  The other two-qubit input quantum register |00〉is in the ground state and cannot be changed. The gate F is an unknown quantum operation (this means it is an arbitrary, but fixed gate on two qubits, but you do not know what it does). The gate F −1  computes the inverse operation of F.

1. Analyse the operation of the circuit to determine what the values of the two two-qubit output quantum registers |A⟩ and |B⟩ are, depending on the properties of F and the user-selectable input |x⟩ . Clearly justify your answer.

2.  Explain how you could, if possible, determine the operation of the gate F from this circuit (you can execute the circuit as many times as you wish).

3.  Furthermore, discuss what this means for the difference between quantum comput- ing and a classical computing paradigm of your choice (working with bits instead of qubits).

Answers should be provided in a report of up to 500 words (formulae and code do not count towards this limit, but ensure you explain any formula and code included). The word limit is an upper limit, not a target length. Text longer than the word limit may be ignored.

Learning Outcomes Assessed

•  Explain the conceptual foundations, evaluate and apply various programming paradigms, such as logic, functional, scripting, filter-based programming, pattern matching and quantum computing, to solve practical problems.

•  Discuss and contrast the issues, features, design and concepts of a range of program- ming paradigms and languages to be able to select a suitable programming paradigm to solve a problem.