Symulacja funkcjonalnego systemu kwantowego na równoległych komputerach klasycznych IV generacji

Łukasz Świerczewski

Published Jun 20, 2013• 1 citation

Abstract

Praca obejmuje implementację systemu umożliwiającego efektywną symulację działania komputera kwantowego z wykorzystaniem technologii programowania równoległego OpenMP, MPI, CUDA oraz OpenCL. \n \nW ramach pracy uruchomiono platformę działającą w oparciu o Berkeley Open Infrastructure for Network Computing, dzięki której możliwe było wykonanie obliczeń w środowisku rozproszonym za pomocą setek komputerów połączonych jedynie siecią Internet. \n \nPodczas testów wykorzystano karty graficzne AMD Radeon, nVidia GeForce, Tesla oraz procesory Cell (zastosowane w IBM Blade QS22 i konsoli PlayStation 3), jednostki przetwarzania mainframe IBM System/390, a także klasyczne procesory Intel. Proste symulacje przeprowadzono na urządzeniach z układami o architekturze ARM.

Related papers

Elementy kwantowego modelu obliczeń i algorytmiki kwantowej : łagodne wprowadzenie do informatyki kwantowej

Krzysztof Giaro

Juz dziś wiadomo, ze z chwilą udanej realizacji komputera kwantowego maszyna ta bedzie pozwalala na znajdowanie rozwiązan problemow obliczeniowych lezących poza zasiegiem komputerow klasycznych. Opracowano szereg algorytmow kwantowych, z ktorych najwiekszą slawą cieszy sie procedura Shora, pozwalająca efektywnie dokonywac tzw. faktoryzacji, tj. rozkladu bardzo duzych liczb naturalnych na czynniki pierwsze. Na trudności obliczeniowej faktoryzacji opiera sie bezpieczenstwo najpowszechniej dziś stosowanego szyfru z kluczem publicznym RSA, zatem udana realizacja komputera kwantowego uczynilaby stosowane dziś systemy szyfrujące przezroczystymi. Z kolei procedura Grovera w nieuporządkowanej bazie danych rozmiaru n znajduje rekord spelniający wybrane kryterium w czasie rzedu n^0.5, co oczywiście jest niewykonalne w modelu klasycznym. Model obliczenia kwantowego na trwale zadomowil sie na gruncie informatyki teoretycznej. Wyniki z zakresu kwantowych algorytmow rozstrzygających zagadnienia kombinatoryczne, kwantowych klas zlozoności obliczeniowej lub kwantowego kosztu komunikacyjnego obliczen są dziś regularnie publikowane w renomowanych periodykach i prezentowane na miedzynarodowych sympozjach poświeconych analizie algorytmow. Mimo niewątpliwie intensywnego rozwoju tego nowego obszaru wiedzy jego rezultaty wciąz pozostają dośc hermetyczne i nieczytelne dla szerszego ogolu odbiorcow. Jest to wynikiem silnie interdyscyplinarnego charakteru dziedziny, wymagającej od czytelnika znajomości szeregu pozornie niezwiązanych ze sobą faktow z zakresu informatyki (m.in. teorii algorytmow, modeli formalnych obliczen), matematyki (w tym algebry abstrakcyjnej i teorii liczb) oraz podstaw fizyki kwantowej. Niniejsze opracowanie stawia sobie za cel odczarowanie tej dziedziny, precyzyjnie selekcjonując material potrzebny do zrozumienia pojec obliczenia kwantowego, analizy kwantowych algorytmow oraz wprowadzając aparat formalny pozwalający na dalsze samodzielne studiowanie literatury. Dolozono tez wszelkich staran, aby uczynic te ksiązke spojną, zamknietą konstrukcją tematyczną, niewymagającą od czytelnika stykającego sie po raz pierwszy z informatyką kwantową poszukiwania pelniejszych wyjaśnien niezbednych pojec i wątkow pobocznych, ani tez przyjmowania na wiare wykorzystywanych faktow.

Jan 1, 20130 citations

Potencjał komputerów kwantowych w zarządzaniu ruchem lotniczym

Piotr Kaczorowski

Rozwój klasycznych systemów obliczeniowych nieuchronnie zbliża się do swoich fizycznych barier, co stwarza wyzwanie dla sektorów wymagających analizy ogromnych zbiorów danych w czasie rzeczywistym. Celem niniejszego artykułu jest analiza potencjału technologii kwantowych, w szczególności algorytmów wyżarzania kwantowego i kwantowego uczenia maszynowego (QML), w optymalizacji i zarządzaniu ruchem lotniczym (ATM). W obliczu rosnącego nasycenia przestrzeni powietrznej i wynikającego z tego spadku jej przepustowości, w pracy zweryfikowano możliwość wdrożenia układów opartych na kubitach (na przykładzie architektury D-Wave) do rozwiązywania problemów nawigacyjnych. Przeanalizowano dwa kluczowe obszary: analizę obrazowania satelitarnego dla systemów GIS oraz dekonfliktację optymalnych pod względem wiatru trajektorii lotu (np. na obszarze Północnego Atlantyku). Badania dowodzą, że mapowanie problemów lotniczych do kwadratowego problemu optymalizacji binarnej (QUBO) pozwala na błyskawiczne generowanie bezkolizyjnych wariantów przepływu ruchu, na przykład poprzez parametryzację opóźnień odlotów. Ponadto, algorytmy QML wykazują przewagę nad metodami klasycznymi w precyzyjnej ekstrakcji punktów kluczowych ze zdjęć satelitarnych. Mimo aktualnych ograniczeń sprzętowych ery NISQ, takich jak zjawisko dekoherencji, przeprowadzone dowody słuszności koncepcji (proof-of-concept) potwierdzają, że hybrydowe systemy kwantowe stanowią wysoce perspektywiczny fundament dla przyszłych systemów nawigacji 4D oraz bezpieczeństwa lotnictwa.

Journal of KonbinJun 29, 20260 citations

SYMULACJA OBLICZEŃ KWANTOWYCH - SYSTEM QCS W ZASTOSOWANIACH DLA EDUKACJI

Marek Sawerwain, Uniwersytet Zielonogórski

Streszczenie: Informatyka kwantowa to z pewnoci przyszo informatyki. Na obecnym etapie z braku rozwiza sprz towych, szczegolnie istotne s symulatory oblicze kwantowych. Przeprowadzanie eksperymentow jest bardzo trudne oraz niewtpliwe drogie. Tote stosowanie programowych symulatorow jest jedynym dost pnym aktualnie rozwizaniem istotnym dla szeroko pojtej

Jan 1, 20060 citations

Wprowadzenie do algorytmów kwantowych. Problemy współczesnej nauki. Teoria i zastosowanie.

Krzysztof Giaro, Marcin Kamiński

Celem tej pracy jest prezentacja kwantowego modelu obliczen. Szczegolny nacisk polozono na zagadnienia matematyczne i informatyczne. Zadbano o wyjaśnienie podstaw teoretycznych, podanie pelnych dowodow poprawności algorytmow kwantowych oraz szacowanie zlozoności obliczeniowej.

Jan 1, 20030 citations

Implemetacja funkcji logicznych za pomocą sieci bramek kwantowych

Joanna Wiśniewska

W poniższym artykule podniesiony został problem modelowania funkcji logicznych za pomocą kwantowych obwodów unitarnych bez korzystania z tzw. kwantowych bitów pomocniczych. Podano algorytm opisujący tworzenie postaci macierzowej operatora kwantowego, za pomocą którego można wyznaczyć wartość funkcji logicznych n zmiennych, a także wskazano, w jaki sposób skonstruować sieć znanych bramek kwantowych realizującą działanie wspomnianego operatora.

Studia Informatica System and information technologyDec 10, 20130 citations

Wstęp do informatyki kwantowej

Jerzy Karczmarczuk, Helena Kucał

„Nowa dyscyplina: informatyka kwantowa, której podstawy przedstawia Michel Le Bellac jest pełna niespodzianek i chwilami wydaje się zahaczać o paradoks. Musimy przyzwyczaić nasze umysły do jej reguł i zasad, które wydają nam się dziwne. Świat fizyczny nie jest taki, jak zakładała informatyka klasyczna, gdy powstawała w połowie XX-go wieku (kopiowanie informacji bez ograniczeń, informacji zlokalizowanej itd.), ale światem bardziej subtelnym – być może zrozumiemy, że nie jest on bardziej skomplikowany, co z talentem i kompetencją przekazuje nam ta książka.” /Ze wstępu/ Przystępna prezentacja teorii informacji kwantowej, która opisuje teoretyczne założenia informatyki kwantowej. Nauka ta zajmuje się wykorzystaniem zjawisk kwantowych do szybszego przesyłania i przetwarzania informacji, a także bezpieczeństwa jej przekazu niemożliwego do osiągnięcia za pomocą dotychczas wykonywanych metod i urządzeń. W książce omówiono: - podstawowe pojęcia mechaniki kwantowej, - pojęcie bitu kwantowego - kubitu, - obliczenia kwantowe, - możliwości fizycznej realizacji komputerów kwantowych. Książka napisana jest prostym językiem, a do jej zrozumienia potrzebna jest jedynie znajomość algebry liniowej oraz podstaw mechaniki kwantowej. Podręcznik adresowany jest do fizyków, informatyków i matematyków, którzy chcą poznać nowo rodzącą się naukę jaką jest informatyka kwantowa.

Jan 1, 20110 citations