Тема: Разработка системы моделирования помехоустойчивых квантовых вычислений
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
📋 Содержание
Постановка задачи 4
1. Теория квантовых вычислений 5
1.1 Пространство состояний 5
1.2 Кубит (Qubit) 5
1.3 Тензорное произведение 6
1.4 Квантовая система 6
1.5 Запутанное состояние квантовой системы 7
1.6 Преобразования квантовой системы 7
1.7 Квантовый регистр 7
1.8 Измерение 8
1.9 Квантовый вентиль (гейт) 8
1.10 Квантовая схема 8
1.11 Эффективность 9
1.12 Квантовый алгоритм 9
1.13 Матрицы плотности 9
1.14 Стандартные модели шумов 10
2. Физическая архитектура и математическая модель вычислителя.
Модель декогеренции. Метод борьбы с декогеренцией 11
2.1 Оператор PHASE 11
2.2 Модель квантового вычислителя 11
2.3 Квантовая память 11
2.4 Модуль инициализации 12
2.5 Модуль измерения 12
2.6 Управляющее устройство 12
2.7 Модель декогеренции одного кубита 12
2.8 Борьба с декогеренцией 13
2.9 Алгоритм минимизации влияния шумов 13
2.10 Проверка наличия шума 14
2.11 Проблемы и сложности алгоритма 15
2.12 Псевдокод алгоритма минимизации влияния шумов 15
3. Реализация 17
3.1 CUDA™
3.2 Архитектура системы моделирования
4. Эксперименты 19
Опыт 1 19
Опыт 2 21
Опыт 3 23
Опыт 4 25
Заключение 28
Полученный результат 28
Список литературы 29
Приложение 30
Классы моделирования вычислителя 30
Класс моделирования установки. 30
Класс моделирования контроллера установки. 37
Алгоритм и эксперименты 41
Реализация алгоритма. 41
Код экспериментов. 42
📖 Введение
В сотрудничестве Квантового центра и Лаборатории разрабатываются два проекта: 1) создание физико-математической модели универсального квантового компьютера (с квантовой памятью, имеющей продолжительное время хранения квантовых состояний, порядка нескольких часов); 2) экспериментальная реализация квантового сопроцессора и демонстрация базовых алгоритмов.
Представляемая работа входит в указанные проекты и посвящена созданию системы моделирования квантовых вычислительных устройств на “классическом” компьютере, а также разработке метода борьбы с шумами, возникающими в физической установке.
✅ Заключение
На основе указанных моделей была реализована программная платформа для моделирования помехоустойчивых квантовых вычислений с использованием графических ускорителей NVidia.
Эффективность предложенного в ходе данной работы алгоритма борьбы с декогеренцией была проверена в ряде экспериментов, проведенных с использованием разработанной системы моделирования.