Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка математического и программного обеспечения симулятора квантового компьютера

Фамилия
Выгоняйло
Имя
Радион
Отчество
Алексеевич
Номинация
Информационные технологии
Учебное заведение
ГБОУ Школа №2114
Руководитель
Калинина А.И.; к.т.н., доц. Аристов А.О.
Название тезиса
Разработка математического и программного обеспечения симулятора квантового компьютера
Тезис

В работе представлена разработка математического и программного обеспечения симулятора квантового компьютера. Актуальность данной работы обосновывается увеличением размерности задач, решаемых перебором, что приводит к вычислительному дефолту и остановке развития человечества в научной отрасли. Основным предназначением симулятора является проектирование и тестирование квантовых алгоритмов. Тестирование непосредственно на квантовом компьютере достаточно сложно и финансово затратно, так как условия для работы квантового компьютера сложно и дорого воссоздадимы. Симулятор позволяет сократить общую стоимость и сложность эксплуатации квантового компьютера. Целью работы является изучение принципа работы квантовых алгоритмов и разработка симулятора квантового компьютера. Квантовые компьютеры занимают большую площадь и требуют специальные условия, которые будет невозможно воссоздать вне лаборатории и без специального оборудования, поэтому высокопроизводительные вычисления будут мало доступны для пользователей, что делает целесообразным разработку средств их имитации. Проанализировав зарубежные аналоги, был выявлен ряд недостатков и недоработок, которые были учтены в разработке отечественного симулятора квантового компьютера. Основной элементарной единицей квантового алгоритма является гейт. Для демонстрации действия гейта на кубиты используют матричную запись или таблицу истинности. Ниже представлена матричная запись основных квантовых гейтов. 

\(X = \begin{bmatrix} \ 0 & 1 \\[0.3em] \ 1 & 0 \\[0.3em] \end{bmatrix} ; Y = \begin{bmatrix} \ 0 & -i \\[0.3em] \ i & 0 \\[0.3em] \end{bmatrix} ; Z = \begin{bmatrix} \ 1 & 0 \\[0.3em] \ 0 & -1 \\[0.3em] \end{bmatrix}\)

где X,Y,Z - матрицы Паули, i - мнимая единица.

Их физическая реализация производится подачей различных последовательностей микроволновых импульсов на рабочей частоте кубита. Программная реализация производится в среде программирования Delphi 7. Функционал симулятора включает в себя :

  1.  Визуальное проектирование алгоритмов 
  2.  Реализация мультикубитных операций 
  3.  Настройка физических параметров квантового компьютера

На данный момент производится тестирование и отладка симулятора квантового компьютера мощностью 1 кубит (Рис.1)

Рисунок 1 - симулятор квантового компьютера.