РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЗАПУТАННЫХ КВАНТОВЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ В ОБЛАСТИ КВАНТОВЫХ АЛГОРИТМОВ

Пуховский Валерий Николаевич, Гушанский Сергей Михайлович, Потапов Виктор Сергеевич +1 more

А.С. Чиркин

Ю.И. Богданов, Н. А. Богданова, L. V. Belinsky +1 more

S.Yu. Tyryshkin

Статья посвящена изучению особенностей моделирования квантовых систем с использованием системы компьютерной алгебры GNU Octave и языка программирования Python, а также рассмотрению различных численных алгоритмов и инструментов для эффективного моделирования.Исследование основано на применении подходов и инструментов, таких как GNU Octave, позволяющий проводить численные вычисления и оперировать матричными структурами, и специальных пакетов, таких как Quantum Package for Octave (QPO) и MATLAB Quantum Computing Toolbox.Рассматривались также симуляторы квантовых вычислений QuEST и ProjectQ, написанные на Python и C++.Примеры схем подготовки квантово-запутанных состояний, таких как состояние Белла и состояние GHZ, иллюстрируют принципы моделирования.В результате исследования установлено, что GNU Octave обладает достаточной гибкостью и переносимостью для моделирования до 10 кубитов, а также поддерживает работу со смешанными состояниями (матрицами плотности).Применение специальных пакетов и библиотек позволило реализовать сложные квантовые операции, такие как подготовка чистых состояний и управление квантовыми воротами.Анализ симуляторов QuEST и ProjectQ показал различия в потреблении памяти и производительности, что важно учитывать при выборе инструмента для конкретных задач моделирования.Несмотря на высокую точность моделирования, существующие симуляторы имеют ограничения, связанные с большими объемами потребляемой памяти и сложностью масштабируемости.Проведенное исследование демонстрирует эффективность моделирования квантовых систем на классических компьютерах с использованием GNU Octave и Python для изучения квантовых алгоритмов и проверки гипотез в области квантовых технологий.Дальнейшее развитие методов и инструментов моделирования позволит улучшить производительность и снизить требования к ресурсам, что станет важным шагом на пути к созданию полноценных квантовых компьютеров.

М.Ю. Павлов, В.А. Самойлов

В статье рассматриваются принципы квантовых вычислений на основе спиновых состояний. Анализируются фундаментальные принципы квантовой физики, такие как суперпозиция, запутанность и корпускулярно-волновой дуализм. Описаны математические модели кубитов в сфере Блоха, уравнение Шрёдингера и процесс коллапса волновой функции при измерении. Показана роль спиновой запутанности в реализации квантовых алгоритмов. Проведен анализ возможностей применения квантовых алгоритмов в области криптографии, моделирования сложных систем и др. The article examines the principles of quantum computing based on spin states. It analyzes the fundamental principles of quantum physics, such as superposition, entanglement, and particle-wave duality. Mathematical models of qubits on the Bloch sphere, the Schrödinger equation, and the wave function collapse during measurement are described. The role of spin entanglement in implementing quantum algorithms is demonstrated. The possibilities of using quantum algorithms in cryptography, complex systems modeling, and optimization.