Библиотека эмуляции квантовых вычислений Новиков Петр Андреевич. - презентация

1 Библиотека эмуляции квантовых вычислений Новиков Петр Андреевич

2 Квантовая информатика Закон Мура: за 2 года производительность компьютера увеличивается в 2 раза (ни разу не нарушался с 1958 г.) К 2025 г. структурные элементы вычислительной машины станут настолько малы, что для них преобладающими станут законы квантовой физики Требуется коренной пересмотр принципов работы компьютера

3 Квантовый регистр Один кубит: α 0 |0> + α 1 |1> При измерении получаем значение 0 с вероятностью α 0 2, значение 1 с вероятностью α 1 2 Три кубита: α 000 |000> + α 001 |001> + α 010 |010> + α 011 |011> + α 100 |100> + α 101 |101> + α 110 |110> + α 111 |111> При измерении получаем значение 100 с вероятностью α Для эмуляции n-кубитового квантового регистра требуется ~2 n байт (посчитайте классический эквивалент 100-кубитового квантового компьютера)

4 Особенности квантовой информатики Состояния регистра суперпозиции чистых состояний Операции над регистром унитарные операторы Квантовая запутанность регистра Измерения приводят к разрушению Теорема о невозможности копирования: невозможно копировать неизвестное квантовое состояние

5 Известные преимущества квантовой информатики Алгоритм факторизации Шора Алгоритм поиска Гровера Квантовое преобразование Фурье Задача нахождения периода

6 Актуальность разработки «квантового» ПО сейчас Пока не создано квантового компьютера, единственная возможность практического изучения квантовой информатики – эмуляция квантового компьютера на классическом В случае создания квантового компьютера этапы написания, отладки и тестирования программ будут проходить по большей части на классическом компьютере Разработанное «квантовое» ПО и его доказанные преимущества позволят легче привлечь инвестиции в физическое создание и совершенствование квантового компьютера

7 Библиотека эмуляции квантовых вычислений Средство разработки квантового ПО в привычной современному разработчику среде на языке C++ Эмуляция квантового регистра, унитарных преобразований, условных операторов, операторов измерения Удобный набор стандартных операторов для квантовых вычислений: элемент Адамара, операторы Паули, CNOT, Тоффоли и др.

8 Пример: квантовая телепортация H X Z M1M1 M2M2 (схема заимствована из презентации Ала Ахо

9 #include... qubit psi(1, 2); vector q; q.push_back(qubit::ZERO()); qreg reg(q); reg.feed(qopr::H(), qopr::ID()); // Generate EPR Pair reg.feed(qopr::CNOT()); // Generate EPR Pair reg.push_front(psi); reg.feed(qopr::CNOT(), qopr::ID()); reg.feed(qopr::H(), qopr::ID(), qopr::ID()); int M0 = reg.MES(0); int M1 = reg.MES(0); if(M1) reg.feed(qopr::X()); if(M0) reg.feed(qopr::Z()); H X Z M1M1 M2M2

10 Адрес библиотеки: Литература: Нильсен,М., Чанг И. Квантовые вычисления и квантовая информация. М.: Мир, Svore K., Cross A., Aho A., Chuang I., Markov I. Toward a Software Architecture for Quantum Computing Design Tools. Proceedings of Quantum Programming Languages (QPL). July p