Просмотр статьи


Номер журнала: 2021.4

Заголовок статьи: Разработка и моделирование работы квантовой микроархитектуры с использованием алгоритма оптимизации квантового вычислительного процесса

Резюме

В настоящее время активно развивается теория квантовых вычислений. Несмотря на то, что квантовое вычислительное устройство обладает некоторыми особенностями, любую задачу, предназначенную для классической ЭВМ, можно воспроизвести и в квантовой системе. Целью исследования является разработка методики для построения моделей квантовых систем с помощью симуляторов. Предметом исследования являются методы построения квантовых вычислительных устройств и систем. В процессе исследования использовались методы системного анализа и компьютерного моделирования, методы объектно-ориентированного проектирования. В решении задач построения модульной квантовой системы с архитектурой открытого типа были использованы современные языки высокого уровня. Разработана и промоделирована работа квантовой микроархитектуры с использованием алгоритма оптимизации квантового вычислительного процесса. Выведена универсальная методология моделирования алгоритмов квантовой природы с использованием аппаратного ядра и требований к взаимной работе программной и аппаратной составляющих для эффективной работы квантовой системы.

Авторы

В. С. Потапов , С. М. Гушанский

Библиография

1. Feynman R. P. Simulating physics with computers // International Journal of Theoretical Phys-ics. 1982. V. 21, № 6. P. 467–488.
2. Richter M., Arnold G., Trieu B., Lippert T. Massively Parallel Quantum Computer Simulations: Towards Realistic Systems. John von Neumann Institute for Computing, NIC series. 2007. V. 38. P. 61–68.
3. Khalid A. U. FPGA Emulation of Quantum Circuits: master of Computer Engineering thesis: 31.10.2005. McGill University, 2005. 73 p.
4. Alcazar J., Leyton-Ortega V., Perdomo-Ortiz A. Classical versus Quantum Models in Machine Learning: Insights from a Finance Application // Phys. Re. Lett. 2020, arXiv: 1908.10778.
5. Barends R. et al. Coherent Josephson Qubit Suitable for Scalable Quantum Integrated Circuits // Phys. Re. Lett. 2013. arXiv:1304:2322. DOI: 10.1103/PhysRevLett.111. 080502.
6. Shor P. W. Polynomial-Time Algorithms for Prime Factorization and Discrete Logarithms on a Quantum Computer // Foundations of Computer Science: Conference Publications. 1997. P. 1484–1509.
7. Guzik V., Gushanskiy S., Polenov M., Potapov V. Architecture and Software Implementation of a Quantum Computer Model // 5th Computer Science On-line Conference 2016 (CSOS), Czech Republic, 2016. P. 59–68.
8. Guzik V. Development of Methodology for Entangled Quantum Calculations Modeling in the Area of Quantum Algorithms // 6th Computer Science On-line Conference 2017 (CSOS), Czech Republic, 2017. P. 106–115.
9. Barenco A., Bennett C. H., Cleve R. et al. Elementary gates for quantum computation // Phys. Rev. A. 1995. V. 52, № 5. P. 3457–3467.
10. Potapov V., Gushanskiy S., Polenov M. The Methodology of Implementation and Simulation of Quantum Algorithms and Processes // IEEE 11th International Conference on Application of Information and Communication Technologies (AICT), 2017. P. 437–441.
11. Gao C., Jiang D., Guo Y., and Chen L. Multi-matrix error estimation and reconciliation for quantum key distribution // Opt. Express. 2019. № 27 (10), 14545.
12. Biamonte J., Wittek P., Pancotti N., Rebentrost P., Wiebe N., and Lloyd S. Quantum machine learning // Nature. 2017. № 549. P. 195–202.
13. Tang E. A quantum-inspired classical algorithm for recommendation systems // Proc. of the 51st Annual ACM SIGACT Symposium on Theory of Computing, 2019. P. 217–228.
14. Abhijith J., and Patel A. Spatial Search on Graphs with Multiple Targets using Flip-flop Quantum Walk // Quantum Information and Computation. 2018. № 18. P. 1295–1331.

Дополнительна информация

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-07-00916.

Ключевые слова

квантовый алгоритм, квантовый бит, модель квантового вычислителя, квантовая схема, запутанность, квантовая схема, регистр, квантовое распознавание, гейт, параллелизм, интерференция, квантовый компьютер.

Скачать полный текст