Предлагается квантовый подход к проектированию циф-
ровых устройств, который характеризуется использова-
нием элементов памяти для реализации транзакционного
взаимодействия всех компонентов операционного и уп-
равляющего автоматов, а также методами синтеза и ана-
лиза, основанными на суперпозиции кубит-векторных
примитивов задания всех типов функциональностей, им-
плементируемых в элементы памяти, что дает возмож-
ность существенно (2-3 раза) повысить быстродействие
средств моделирования.
Предлагается квантовый подход к проектированию циф-
ровых устройств, который характеризуется использова-
нием элементов памяти для реализации транзакционного
взаимодействия всех компонентов операционного и уп-
равляющего автоматов, а также методами синтеза и ана-
лиза, основанными на суперпозиции кубит-векторных
примитивов задания всех типов функциональностей, им-
плементируемых в элементы памяти, что дает возмож-
ность существенно (2-3 раза) повысить быстродействие
средств моделирования.
Данная работа посвящена методам проектирования постквантового криптографического алгоритма электронной цифровой подписи. Существуют несколько основных направлений, каждое из которых опирается на уникальные математические проблемы, которые считаются трудноразрешимыми даже для квантовых компьютеров. К этим направлениям относятся: криптографические алгоритмы, основанные на хешировании, на решетках, на кодах, на многомерных многочленах и на изогениях. Каждая из этих категорий имеет свои сильные и слабые стороны, и выбор схемы постквантовой подписи для использования будет зависеть от конкретных требований и ограничений приложения. Среди кандидатов на постквантовую подпись на основе хеширования является многообещающим кандидатом для обеспечения безопасных цифровых подписей. Они полагаются на свойства односторонних хеш-функций, которые, как считается, защищены как от классических, так и от квантовых компьютеров. Подписи на основе хеширования также привлекательны, поскольку они просты, быстры и эффективны. Их можно реализовать с относительно небольшими размерами ключей, и они требуют минимальных вычислений как для подписи, так и для проверки.
Предлагается «квантовый» процессор для моделирования и верификации цифровых систем, основанный на транзакциях между адресуемыми компонентами памяти для реализации любой функциональности. Описывается новый подход к синтезу и анализу цифровых систем, использующий векторную форму (квант) задания комбинационных и последовательностных структур для их имплементации в элементы памяти, что существенно отличается от общепринятой теории проектирования дискретных устройств на основе таблиц истинности компонентов. Используются квантовые или кубитные структуры данных [1-5] в вычислительных процессах современных компьютеров в целях повышения быстродействия анализа цифровых систем и уменьшения объемов памяти на основе унарного кодирования состояний входных, внутренних и выходных переменных и имплементации кубитных векторов в элементы памяти FPGA, реализующих комбинационные и последовательностные примитивы. Внедрение квантовых memory-based-only моделей описания цифровых компонентов в практику проектирования вычислительных систем непосредственно влияет на увеличение выхода годной продукции, повышение надежности компьютерных изделий, снижение стоимости проектирования и изготовления, а также обеспечивает автономное восстановление работоспособности в режиме remote & online без участия человека.
Работа посвящена методике изучения явления квантовой запутанности в курсе квантовой механики для студентов специальности "физика". Показано, что студентам университетов важно знать о квантовой запутанности, являющейся ключевой частью квантовой механики, поскольку она необходима для понимания различных трактовок квантовой механики и будущих технологий, связанных с этой областью. Эксперименты, проведенные на интерферометре Маха-Цендера, являются одним из множества экспериментов, которые убедили физиков в том, что квантовая механика не может быть описана с точки зрения классической механики. В случае изучаемого явления фотон не следует по одной определенной траектории, а должен описываться в терминах квантовой суперпозиции множества траекторий. Предлагается изучение феномена квантовой запутанности после освоения таких тем, как постулаты квантовой механики, уравнение Шредингера, принцип суперпозиции, проблема измерения, а также после решения известных традиционных задач, касающихся квазиклассического случая. Эти темы создают необходимый фон и мотивацию для понимания концепции запутанности и её последствий для квантовых систем. В качестве экспериментальной техники предлагается демонстрация работы самого простого интерферометра Маха-Цендера, изготовленного фирмой LD Didactic GmbH. Для компьютерной демонстрации изучаемого явления используется система компьютерной алгебры Mathematica и продукты фирмы Wolfram. В результате этого становится возможным наглядно показать, что квантовые частицы могут находиться в состоянии суперпозиции, и, таким образом, используемый интерферометр является мощным инструментом для выявления фундаментальной природы квантовой механики.
Коррозия металлов и сплавов остаётся одной из наиболее значимых научно-технических проблем современной промышленности, приводящей к существенным экономическим потерям, снижению надёжности оборудования и возникновению экологических и технологических рисков. Эффективное прогнозирование коррозионного поведения материалов требует понимания процессов, протекающих на атомном и электронном уровнях. Целью настоящей работы является анализ возможностей применения квантовых вычислений для моделирования коррозионных процессов и оценка перспектив их использования в коррозионной науке и материаловедении. Исследование выполнено в формате аналитического обзора публикаций в области вычислительной химии, квантовой информатики и электрохимической коррозии. Рассмотрены возможности и ограничения классических методов квантовой химии, включая теорию функционала плотности (DFT) и пост-хартри-фоковские подходы, а также современные квантовые алгоритмы: вариационный квантовый солвер собственных значений (VQE), квантовая оценка фазы (QPE), методы моделирования периодических систем и квантовая молекулярная динамика. Анализ показывает, что квантовые вычисления обладают потенциалом для более точного описания электронной структуры защитных оксидных и сульфидных плёнок, элементарных электрохимических реакций, процессов водородного охрупчивания и взаимодействия ингибиторов с металлической поверхностью. Выполнена оценка вычислительных ресурсов и возможных временных горизонтов практического применения квантовых технологий. Показано, что в ближайшей перспективе наиболее реалистичным направлением являются гибридные квантово-классические подходы, тогда как моделирование реалистичных коррозионных интерфейсов потребует развития отказоустойчивых квантовых систем. Полученные результаты позволяют определить перспективные направления использования квантовых вычислений для повышения точности прогнозирования коррозии и совершенствования технологий противокоррозионной защиты.
Проведен анализ различных перспектив развития вычислительной техники. Высказано предположение, что вместо современной элементной базы в недалеком будущем будет использоваться квантово-лазерная. Предложено обратить внимание на перспективные системы счисления для проектирования компьютеров будущего. Сделан вывод, что на смену универсальным вычислительным машинам придут аналоговые и квантовые адаптивные устройства. Под конкретную задачу будут сконструированы специальные вычислительные комплексы.
Для многочастичных квантовых систем с дипольным взаимодействием с квантовым полем рассмотрена проблема транспорта энергии электронного возбуждения при помощи механизма экситонного переноса, основанного на квантовой интерференции. Показано, что при специальном выборе параметров взаимодействия в модели квантового графа можно достичь усиления переноса экситона на сток, пропорционального числу частиц в системе, а также подавить перенос на альтернативные стоки. Для описания динамики используется метод квантового стохастического предела. Отмечены возможные применения указанного механизма в процессах квантового фотосинтеза.