Артикул: 76360

Основы теории построения квантовых компьютеров и моделирование квантовых алгоритмов: монография

Автор: Гузик В. Ф. , Гушанский С. М. , Ляпунцова Е. В. , Потапов В. С.

Год: 2019

Издательство: Южный федеральный университет

Место издания: Ростов-на-Дону|Таганрог

ISBN: 978-5-9275-3232-2

Страниц: 288

Форматы: PDF

цена: 373 руб.

Монография посвящена основам теории построения квантовых компьютеров. В ней рассмотрены физико-технические принципы построения современных квантовых вычислителей. Приводится описание разработанных симуляторов квантовых вычислительных устройств. Описана разработанная открытая архитектура модели квантового вычислителя. Рассмотрена реализация широкого плана квантовых алгоритмов, предназначенных для реализации самых разнообразных задач науки и техники. Книга может быть полезна специалистам, работающим в области информационных технологий и вычислительной техники, а также студентам и аспирантам, обучающимся по этим специальностям.
Работа выполнена в рамках проектной части госзадания Минобрнауки России № 2.3928.2017/4.6, кафедра вычислительной техники Института компьютерных технологий и информационной безопасности Южного федерального университета.

ПРЕДИСЛОВИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ СКВ, АКТУАЛЬНОСТЬ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
1.1. Основные понятия квантовой теории информации
1.2. Формализм квантовых вычислений
1.3. Квантовые алгоритмы
1.4. Квантовая запутанность и ее меры
2. ФИЗИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КВУ
2.1. Использование низколежащих энергетических уровней ионов, захваченных ионными ловушками, созданных в вакууме с помощью электрических и магнитных полей определенной конфигурации, при лазерном охлаждении ионов до микрокельвиновых температур
2.2. Ядерные спины с I = 1/2 и метод ядерно-магнитного резонанса (ЯМР)
2.3. Использование двух спиновых или орбитальных электронных состояний в квантовых точках
2.4. Квантовый вычислитель на жидком гелии
2.5. Квантовый вычислитель на электронных волнах
2.6. Ионный кристалл как квантовый вычислитель
2.7. Квантовый вычислитель в алмазе
2.8. Использование квантовых электродинамических полостей и фотонных кристаллов
2.9. Квантовый компьютер на основе углеродных нанотрубок
2.10. Квантовый компьютер на миллиардах спинов
2.11. Твердотельный квантовый чип
2.12. Анионы
2.13. Фотонный квантовый компьютер. Физическая аппаратура
2.14. Оптические квантовые компьютеры
2.15. Схема для микроволнового захваченного ионного квантового компьютера
2.16. Управление квантовыми гейтами азотно-замещённой вакансией в алмазе
3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛИ КВУ
3.1. Достижения и перспективы разработки и исследования модели квантового вычислителя
3.2. Сравнение моделей квантовых вычислителей (МКВ)
Архитектурные особенности МКВ
Программные особенности МКВ
Симуляция квантовых эффектов / физических процессов
Пользовательский интерфейс МКВ
Прочее
Результаты сравнения и классификации сред моделирования
3.3. Оценка МКВ
Разработка обобщенной архитектуры моделирующей среды
Разработка интерфейса пользователя
Интерфейс МКВ
Область манипуляции КС
Область определения начального состояния квантовых битов
3.4. Алгоритм исполнения моделирующей среды
4. АРХИТЕКТУРА СИМУЛЯТОРОВ КВУ
4.1. Симуляторы квантовых вычислительных устройств
4.2. Открытая архитектура симулятора квантового вычислителя
Принципы открытой архитектуры симулятора КВ
Взаимодействие элементов симулятора квантового вычислителя
4.3. Определение оптимального уровня модульности симулятора квантового вычислителя
Реализация в языках программирования
Модульная организация симулятора квантового вычислителя
Оценка уровня модульности симулятора КВ
4.4. Выполнение набора экспериментов по нахождению оптимального симулятора квантового вычислителя (СКВ)
Выполнение полного или дробного набора экспериментов
Вывод матрицы набора экспериментов
Постановка задачи регрессионного анализа
4.5. Классификация СКВ
5. МОДЕЛИРОВАНИЕ КВАНТОВЫХ АЛГОРИТМОВ
5.1. Понятие квантового алгоритма
5.2. Общая структура квантового алгоритма
5.3. Разработка квантовых алгоритмов
5.4. Оценка сложности КА по функции трудоемкости
5.5. Описание алгоритмов
Алгоритм Дойча
Алгоритмы, основанные на квантовых Фурье-преобразованиях
Поисковый алгоритм Гровера
Алгоритм факторизации Шора
Алгоритм нахождения периода функции
Алгоритм Бернштейна – Вазирани
Алгоритм Залки – Визнера
Алгоритм Саймона
Алгоритмы, основанные на квантовом случайном блуждании
Адиабатические квантовые алгоритмы
Распознавание образов на квантовом компьютере
Квантовый алгоритм свёрточного декодирования Витерби
Квантовый криптоанализ
Абелева скрытая подгруппа
Неабелева скрытая подгруппа
Связное дерево
Квантовый алгоритм нахождения минимума функции
Квантовый алгоритм для нахождения подмножества
Машинное обучение
Квантовые алгоритмы контролируемого / неконтролируемого машинного обучения
Строковая перезапись
Квантовые нейронные сети в процессах обучения и управления
Квантовый алгоритм Монте – Карло
Алгоритм квантового хеширования
Программирование с «d-wave»: Алгоритм раскраски карты
Алгоритм двумерной упаковки
Алгоритм, усложняющий «экзаменационные задачи» для КвК
Алгоритм квантового отжига
5.6. Классификация квантовых алгоритмов
5.7. Реализация квантовых алгоритмов с применением запутанности и теории игр
5.8. Использование задач теории игр в области квантовых вычислений
5.9. Использование квантовых нейронных сетей для вычислений
Влияние запутанного состояния на вычисления в квантовой нейронной сети
Вычисление XOR-функции с помощью КНС
Алгоритм обучения квантовой нейронной сети на основе суперпозиции
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Все отзывы о книге

Чтобы оставить отзыв, зарегистрируйтесь или войдите