Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Θεμελίωση της κβαντομηχανικής και της αρχής του κυματοσωματιδιακού δυισμού στα κβαντικά συστήματα 2 καταστάσεων

Γεωργιοσ Διακακησ

Published May 15, 2021• 0 citations
OpenAlex

Abstract

This dissertation is divided into 5 parts. In the first part there is an extensive reference to the field of quantum mechanics and the way in which it was founded through concepts and axioms that characterize it, as well as an explanation of basic phenomena that could not be interpreted by classical physics. With the help of particle dualism and Dirac mathematical symbolism, we arrive at the physical interpretation of the wave function. With an extensive analysis of the basic quantum operators, we arrive at various ways of solving the Schrodinger equation. The second part begins with classic automation systems and analysis of the basic classic portals through their simulation by two modern software, Simulink and logo soft comfort. The third part presents the quantum bit and the basic quantum gates and registers, as well as superposition states by analyzing various mathematical concepts such as Hilbert geometry, tensile product and internal product. The predominance of quantum computers is initially demonstrated by reference to a quantum game. The fourth part presents neural networks and computational intelligence. With the help of transfer functions we first explain the operation of the classical logic gates and later the quantum gates. The following is the construction of neural networks and the explanation of their operation with the help of commands of the modern Matlab software. In the fifth and last part of the work we simulate quantum circuits of 2 or 3 qubits with the help of 2 modern quantum simulators, Quirk Simulator and Qcs Karafyllidis as well as an online quantum computer Ibm q experience.

Related papers

Signal processing techniques with quantum algorithms

Βασιλική Στάμου

Στο εισαγωγικό κεφάλαιο πραγματοποιούμε μια ανασκόπηση στην ιστορία του κβαντικού υπολογισμού και ακολουθεί εισαγωγή στις έννοιες των qubit, των κβαντικών πυλών καθώς και των κβαντικών αλγορίθμων. ́Επειτα συνεχίζουμε με μαθηματική θεμελίωση της κβαντομηχανικής, εστιάζοντας στην γραμμική άλγεβρα και στα θεμελιώδη αξιώματα που διέπουν τους νόμους της κβαντομηχανικής. Στο σημείο αυτό, κρίθηκε απαραίτητο, να μελετηθούν οι θεμελιώδεις εξισώσεις που διέπουν τα κύματα έτσι ώστε να προκύψει φυσικά και να κατανοηθεί η εξίσωση του Schrödinger. Μετά από την στοιχειώδη παρουσίαση της εξίσωσης του Schrödinger μελετάμε ενδελεχώς την στατιστική ερμηνεία της. Με την παραπάνω εξίσωση προκύπτει η έννοια της χρονικής εξέλιξης. Με αφορμή τη χρονική εξέλιξη διερευνούμε τα είδη μηχανικής, τα οποία χαρακτηρίζουν την κίνηση, και αναλύουμε την προσομοίωση κβαντικών συστημάτων από κλασικούς αλλά και από κβαντικούς υπολογιστές. Εν συνεχεία, πραγματοποιούμε μελέτη πάνω στον κβαντικό μετασχηματισμό Fourier, τον υλοποιούμε σε κβαντικό προσομοιωτή και ολοκληρώνουμε με την εκτέλεση πειραμάτων ώστε να παρατηρήσουμε την λειτουργία του.

•Mar 6, 2023•0 citations

A study of quantum circuits based on semiconductor structures

Prousalis Konstantinos

Μια μελέτη εκπονείται επάνω στο κβαντικό κυκλωματικό μοντέλο δίνοντας ιδιαίτερη βαρύτητα στο πρόβλημα του κβαντικού θορύβου επάνω σε τεχνολογίες βασισμένες στις κβαντικές διατάξεις ημιαγωγών. Σε υπολογιστικά συστήματα μεγαλύτερης κλίμακας απαιτούνται τεχνολογίες ανθεκτικές στο θόρυβο έτσι ώστε να επιτυγχάνεται το κατώτερο ανεκτό επίπεδο θορύβου που θα εξασφαλίζει αξιόπιστο υπολογισμό. Ένα λογισμικό εργαλείο σχεδίασης κβαντικών κυκλωμάτων με αυτοματισμούς στο όνομα QuCirDET έχει αναπτυχθεί ώστε να προσφέρει εύκολη σχεδίαση λογικών κυκλωμάτων μαζί με την ενσωμάτωση πρωτόκολλων διόρθωσης σφάλματος. Ο χρήστης πρώτα σχεδιάζει το λογικό κύκλωμα, επιλέγει το επιθυμητό πρωτόκολλο διόρθωσης σφάλματος και έπειτα δημιουργεί αυτόματα το κωδικοποιημένο κύκλωμα. Αυτός ο αυτοματισμός θα προσφέρει μια εποπτική εικόνα του κωδικοποιημένου κυκλώματος για περαιτέρω μελέτη. Η γραφική διεπαφή σχεδίασης είναι ανοιχτού κώδικα και ελεύθερα διαθέσιμη να εμπλουτιστεί από τον οποιονδήποτε με νέα λογισμικά αρθρώματα προσομοίωσης. Ένα παράδειγμα ενός τέτοιου αρθρώματος παρουσιάζεται που προσομοιώνει τη συμπεριφορά κβαντικού θορύβου. Ο χρόνος επιβίωσης στο θόρυβο ενός κβαντικού καταχωρητή μνήμης εξαρτάται από τη τεχνολογία που χρησιμοποιείται. Για να πετύχουμε στην εξομοίωση του θορύβου μια προσέγγιση μεγαλύτερης ευαισθησίας κάνουμε τη θεώρηση ενός μετρικού συστήματος από μονάδες θορύβου που δρουν αθροιστικά και εφαρμόζουμε τη μέθοδο Monte Carlo. Η μέθοδος εφαρμόζει επάνω στο πρωτόκολλο αποσφαλμάτωσης του Steane για κώδικες stabilizer και η απόδοση αποτιμάται μέσα από τον υπολογισμό ορίων ανοχής του θορύβου. Ένα άλλο ξεχωριστό χαρακτηριστικό είναι ο υπολογισμός της επιδείνωσης του θορύβου προσομοιώνοντας την εξέλιξή του μέσα στο κβαντικό υπολογισμό. Ορισμένα συγκριτικά αποτελέσματα για διαφορετικά πρωτόκολλα παρουσιάζονται. Στη συνέχεια, η πολύπλοκη δομή της κβαντικής τελείας προσομοιώνεται λαμβάνοντας υπόψη τις διάφορες αλληλεπιδράσεις που ασκούνται από τον περίγυρo της κβαντικής τελείας. Ένα ξεχωριστό υποπρόγραμμα εξομοίωσης αναπρύχθηκε να μιμιθεί τη συμπεριφορά του θορύβου του ηλεκτρικού φορτίου και των ιδιοστροφορμών (spin) των πυρήνων που παράγονται με τυχαίο τρόπο μέσα στο ισοτροπικό ημιαγώγιμο υλικό 28Si. Η Monte Carlo μέθοδος χρησιμοποιείται κι εδώ ώστε να υπολογίσει τα επιπεδα θορύβου μέσα στην τελεία με ακρίβεια. Η προσομοίωση συνεχίζεται με το πρωτόκολλο του Steane και το μετρικό σύστημα επιδείνωσης. Κι εδώ δύο κώδικες της οικογένειας surface επιλέγονται να συγκριθούν και τα αποτελέσματα παρουσιάζονται. Τέλος, μια μελέτη περίπτωσης ολοκληρώνεται επάνω σε ένα κβαντικό κύκλωμα. Το κύκλωμα εξετάζεται από πλευράς κατανάλωσης πόρων, χρόνου εκτέλεσης και αντοχής θορύβου. Ο χρόνος εκτέλεσης και η αντοχή στο θόρυβο υπολογίζονται και συγκρίνονται με δύο άλλα γνωστά μοντέλα κβαντικού υπολογισμού όπως: τα υπεραγώγιμα transmon qubits και τις παγίδες ιόντων. Οι μέθοδοι εξομοίσης του QuCirDET χρησιμοποιούνται για να παραχθούν τα αποτελέσματα απόδοσης. Το κβαντικό κύκλωμα της μελέτης αποτελεί μέρος μιας από τις δυο μεθόδους που προτείναμε για τη βελτίωση του προβλήματος της στοίχισης αλληλουχιών. Και οι δυο μέθοδοι συμβάλουν σημαντικά στη βελτίωση της στοίχισης μεταξύ δύο αλληλουχιών. Ο QuCirDET θα πρέπει να βελτιωθεί προς διάφορες κατευθύνσεις ώστε να χρησιμοποιηθεί για περαιτέρω μελέτη και ανάλυση πρωτόκολλων διόρθωσης σφαλμάτων.

•Jul 1, 2019•0 citations

Artificial life simulation in a quantum computer

Μενέλαος Κουσουνής

Η παρούσα εργασία πραγματεύεται το αντικείμενο της τεχνητής ζωής (Artificial Life).Πιο συγκεκριμένα εκφράζουμε με όρους κβαντικής μηχανικής τόσο τους ζωντανούς οργανισμούς όσο και τα διάφορα στάδια και διαδικασίες που αποτελούν τη διαδικασία της Δαρβινικής εξέλιξης. Στη συνέχεια, υλοποιείται το μοντέλο αυτό στο εικονικό περιβάλλον της IBM (IBM Quantum Experience) και πραγματοποιείται η πειραματική διαδικασία για την εξαγωγή αποτελεσμάτων. Για κάθε διαδικασία υλοποιείται τουλάχιστον ένα κβαντικό κύκλωμα το οποίο τρέχει στη συνέχεια σε πραγματικό backend κβαντικού υπολογιστή. Τα αποτελέσματα συγκρίνονται με του άρθρου προς μελέτη με στόχο την επαλήθευση των αποτελεσμάτων του δεύτερου, καθώς και με τα ιδανικά αποτελέσματα ώστε να διαπιστώσουμε την αξιοπιστία του μοντέλου. Τέλος, προτείνουμε με χρήση της εικονικής πλατφόρμας που έχουμε στη διάθεσή μας, μια επέκταση του παραπάνω μοντέλου η οποία στοχεύει στον διαχωρισμό του τροφικού ρόλου των ζωντανών οργανισμών από την προγραμματισμένη διάρκεια ζωής τους.

•Mar 4, 2021•0 citations

Implementation of quantum adders circuits in the IBM-Q processors environment with 5 qubits

Κωνσταντίνος Καλομιτσίνης

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τον σχεδιασμό, τη προσομοίωση και υλοποίηση κβαντικών αθροιστών στους κβαντικούς επεξεργαστές της IBM των πέντε qubits. Ο σχεδιασμός έγινε με τις βιβλιοθήκες κβαντικών πυλών ΝCV και Clifford+T. Η προσομοίωση και η υλοποίηση έγιναν στην Clifford+T βιβλιοθήκη. Στο πρώτο κεφάλαιο εισάγονται οι βασικές έννοιες των κβαντικών υπολογισμών, ο μαθηματικός φορμαλισμός, το στοιχείο της κβαντικής πληροφορίας (qubit), ο τελεστής πυκνότητας, η χρονική εξέλιξη ενός κβαντικού συστήματος, οι κβαντικοί καταχωρητές, οι κβαντικές βιβλιοθήκες, οι μετρικές κβαντικών κυκλωμάτων, οι υπολογιστικές δομές κλασσικών και κβαντικών πληροφοριών και οι μετρικές ομοιότητας των qubits. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύονται τα βασικά κβαντικά κυκλώματα για την άθροιση, εισάγοντας όλες τις πρότυπες αναπαραστάσεις τους, τον πίνακα αλήθειας, τον πίνακα λειτουργίας, το δυαδικό διάγραμμα απόφασης, το κβαντικό πλειότιμο διάγραμμα απόφασης και την χαρακτηριστική συνάρτηση εισόδου-εξόδου. Ακολουθεί η σύνθεση κβαντικών αθροιστών με μεταθέσεις στον πίνακα αλήθειας, χρησιμοποιώντας τις βιβλιοθήκες κβαντικών πυλών NCV και Clifford+T. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι βασικές έννοιες των υπεραγώγιμων qubits που χρησιμοποιούνται από την IBMQ. Κατόπιν εισάγονται οι γράφοι των πυλών CNOTs σε κβαντικούς αθροιστές για τη βελτιστοποίηση των κυκλωμάτων αθροιστή στον κβαντικό επεξεργαστή των 5 qubit της IBMQ. Ακολουθεί η παρουσίαση των αποτελεσμάτων εξομοίωσης και υλοποίησης των κβαντικών αθροιστών. Τα αποτελέσματα των υπολογισμών άθροισης δείχνουν εξάρτηση από τον σχεδιασμό των κβαντικών κυκλωμάτων στον κβαντικό επεξεργαστή ibmqx4 της IBM.

•Jun 20, 2019•0 citations

Programming algorithms on the IBM quantum computer

Ανθή Μπαλαδήμα

Σε αυτήν την εργασία επιδιώκεται να δοθεί φως στις αρχές λειτουργίας και προγραμματισμού του κβαντικού υπολογιστή της IBM, να εφαρμοστούν κάποιοι από τους γνωστούς αλγορίθμους και να επιλυθεί ένα γνωστό πρόβλημα σχετικό με την Τεχνητή Νοημοσύνη. Αρχικά γίνεται μία σύντομη αναφορά στην ιστορία των κβαντικών υπολογιστών και στις έως τώρα συνεισφορές της IBM σε αυτόν τον τομέα, με έμφαση στους πόρους και εργαλεία που προσφέρονται στους εξωτερικούς χρήστες. Στη συνέχεια εξηγούνται οι αρχές της κβαντικής υπολογιστικής και οι κβαντικές πύλες που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή των κυκλωμάτων. Ακολουθεί η αναλυτική εξήγηση των γνωστότερων κβαντικών αλγορίθμων, δηλαδή του Grover, του Shor και της κβαντικής εκτίμησης φάσης, μαζί με την πρακτική εφαρμογή τους στο περιβάλλον της IBM. Όλα τα κυκλώματα εκτός από αυτό του αλγορίθμου του Shor εκτελέστηκαν σε περιορισμένο μέγεθος σε πραγματικό κβαντικό υπολογιστή. Τέλος, το πρόβλημα που επιλέχθηκε σε σχέση με την Τεχνητή Νοημοσύνη είναι αυτό της 3-ικανοποιησιμότητας, το οποίο δοκιμάστηκε επίσης σε πραγματικό μηχάνημα, ενώ με τη βοήθεια του κυκλώματος που προέκυψε επιλύθηκε και το πρόβλημα χρωματισμού γράφου σε προσομοιωτή.

•Jun 30, 2023•0 citations

Quantum machine learning

Αναστάσιος Μάρκελλος

Μελετάται η σύνδεση μηχανικής μάθησης και κβαντικής επεξεργασίας πληροφορίας, με σκοπό την επίλυση προβλημάτων δυαδικής κατηγοριοποίησης με επιβλεπόμενη κβαντική μηχανική μάθηση. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε και εφαρμόστηκε υπολογιστικά ένας κβαντικός αλγόριθμος, εμπνευσμένος από τις κλασικές μεθόδους kernel. Κατά τις εφαρμογές χρησιμοποιήθηκε η προσομοίωση κβαντικού υπολογιστή qasm-simulator και ο πραγματικός κβαντικός υπολογιστής ibm-5-yorktown που προσφέρει η IBM. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης ήταν πολύ ικανοποιητικά, δείχνοντας ότι ο αλγόριθμος δουλεύει με μεγάλη ακρίβεια. Αντίθετα, τα αποτελέσματα του πραγματικού κβαντικού υπολογιστή περιείχαν σφάλματα και διαφοροποιούνταν σημαντικά σε σχέση με την προσομοίωση.

•Jun 25, 2020•0 citations
This dissertation is divided into 5 parts. In the first part there is an extensive reference to the field of quantum mechanics and the way in which it was founded through concepts and axioms that characterize it, as well as an explanation of basic phenomena that could not be interpreted by classical physics. With the help of particle dualism and Dirac mathematical symbolism, we arrive at the physical interpretation of the wave function. With an extensive analysis of the basic quantum operators, we arrive at various ways of solving the Schrodinger equation.
The second part begins with classic automation systems and analysis of the basic classic portals through their simulation by two modern software, Simulink and logo soft comfort. The third part presents the quantum bit and the basic quantum gates and registers, as well as superposition states by analyzing various mathematical concepts such as Hilbert geometry, tensile product and internal product. The predominance of quantum computers is initially demonstrated by reference to a quantum game. The fourth part presents neural networks and computational intelligence. With the help of transfer functions we first explain the operation of the classical logic gates and later the quantum gates. The following is the construction of neural networks and the explanation of their operation with the help of commands of the modern Matlab software. In the fifth and last part of the work we simulate quantum circuits of 2 or 3 qubits with the help of 2 modern quantum simulators, Quirk Simulator and Qcs Karafyllidis as well as an online quantum computer Ibm q experience.
Στο εισαγωγικό κεφάλαιο πραγματοποιούμε μια ανασκόπηση στην ιστορία του κβαντικού υπολογισμού και ακολουθεί εισαγωγή στις έννοιες των qubit, των κβαντικών πυλών καθώς και των κβαντικών αλγορίθμων. ́Επειτα συνεχίζουμε με μαθηματική θεμελίωση της κβαντομηχανικής, εστιάζοντας στην γραμμική άλγεβρα και στα θεμελιώδη αξιώματα που διέπουν τους νόμους της κβαντομηχανικής. Στο σημείο αυτό, κρίθηκε απαραίτητο, να μελετηθούν οι θεμελιώδεις εξισώσεις που διέπουν τα κύματα έτσι ώστε να προκύψει φυσικά και να κατανοηθεί η εξίσωση του Schrödinger. Μετά από την στοιχειώδη παρουσίαση της εξίσωσης του Schrödinger μελετάμε ενδελεχώς την στατιστική ερμηνεία της. Με την παραπάνω εξίσωση προκύπτει η έννοια της χρονικής εξέλιξης. Με αφορμή τη χρονική εξέλιξη διερευνούμε τα είδη μηχανικής, τα οποία χαρακτηρίζουν την κίνηση, και αναλύουμε την προσομοίωση κβαντικών συστημάτων από κλασικούς αλλά και από κβαντικούς υπολογιστές. Εν συνεχεία, πραγματοποιούμε μελέτη πάνω στον κβαντικό μετασχηματισμό Fourier, τον υλοποιούμε σε κβαντικό προσομοιωτή και ολοκληρώνουμε με την εκτέλεση πειραμάτων ώστε να παρατηρήσουμε την λειτουργία του.
Μια μελέτη εκπονείται επάνω στο κβαντικό κυκλωματικό μοντέλο δίνοντας ιδιαίτερη βαρύτητα στο πρόβλημα του κβαντικού θορύβου επάνω σε τεχνολογίες βασισμένες στις κβαντικές διατάξεις ημιαγωγών. Σε υπολογιστικά συστήματα μεγαλύτερης κλίμακας απαιτούνται τεχνολογίες ανθεκτικές στο θόρυβο έτσι ώστε να επιτυγχάνεται το κατώτερο ανεκτό επίπεδο θορύβου που θα εξασφαλίζει αξιόπιστο υπολογισμό. Ένα λογισμικό εργαλείο σχεδίασης κβαντικών κυκλωμάτων με αυτοματισμούς στο όνομα QuCirDET έχει αναπτυχθεί ώστε να προσφέρει εύκολη σχεδίαση λογικών κυκλωμάτων μαζί με την ενσωμάτωση πρωτόκολλων διόρθωσης σφάλματος. Ο χρήστης πρώτα σχεδιάζει το λογικό κύκλωμα, επιλέγει το επιθυμητό πρωτόκολλο διόρθωσης σφάλματος και έπειτα δημιουργεί αυτόματα το κωδικοποιημένο κύκλωμα. Αυτός ο αυτοματισμός θα προσφέρει μια εποπτική εικόνα του κωδικοποιημένου κυκλώματος για περαιτέρω μελέτη. Η γραφική διεπαφή σχεδίασης είναι ανοιχτού κώδικα και ελεύθερα διαθέσιμη να εμπλουτιστεί από τον οποιονδήποτε με νέα λογισμικά αρθρώματα προσομοίωσης. Ένα παράδειγμα ενός τέτοιου αρθρώματος παρουσιάζεται που προσομοιώνει τη συμπεριφορά κβαντικού θορύβου. Ο χρόνος επιβίωσης στο θόρυβο ενός κβαντικού καταχωρητή μνήμης εξαρτάται από τη τεχνολογία που χρησιμοποιείται. Για να πετύχουμε στην εξομοίωση του θορύβου μια προσέγγιση μεγαλύτερης ευαισθησίας κάνουμε τη θεώρηση ενός μετρικού συστήματος από μονάδες θορύβου που δρουν αθροιστικά και εφαρμόζουμε τη μέθοδο Monte Carlo. Η μέθοδος εφαρμόζει επάνω στο πρωτόκολλο αποσφαλμάτωσης του Steane για κώδικες stabilizer και η απόδοση αποτιμάται μέσα από τον υπολογισμό ορίων ανοχής του θορύβου. Ένα άλλο ξεχωριστό χαρακτηριστικό είναι ο υπολογισμός της επιδείνωσης του θορύβου προσομοιώνοντας την εξέλιξή του μέσα στο κβαντικό υπολογισμό. Ορισμένα συγκριτικά αποτελέσματα για διαφορετικά πρωτόκολλα παρουσιάζονται. Στη συνέχεια, η πολύπλοκη δομή της κβαντικής τελείας προσομοιώνεται λαμβάνοντας υπόψη τις διάφορες αλληλεπιδράσεις που ασκούνται από τον περίγυρo της κβαντικής τελείας. Ένα ξεχωριστό υποπρόγραμμα εξομοίωσης αναπρύχθηκε να μιμιθεί τη συμπεριφορά του θορύβου του ηλεκτρικού φορτίου και των ιδιοστροφορμών (spin) των πυρήνων που παράγονται με τυχαίο τρόπο μέσα στο ισοτροπικό ημιαγώγιμο υλικό 28Si. Η Monte Carlo μέθοδος χρησιμοποιείται κι εδώ ώστε να υπολογίσει τα επιπεδα θορύβου μέσα στην τελεία με ακρίβεια. Η προσομοίωση συνεχίζεται με το πρωτόκολλο του Steane και το μετρικό σύστημα επιδείνωσης. Κι εδώ δύο κώδικες της οικογένειας surface επιλέγονται να συγκριθούν και τα αποτελέσματα παρουσιάζονται. Τέλος, μια μελέτη περίπτωσης ολοκληρώνεται επάνω σε ένα κβαντικό κύκλωμα. Το κύκλωμα εξετάζεται από πλευράς κατανάλωσης πόρων, χρόνου εκτέλεσης και αντοχής θορύβου. Ο χρόνος εκτέλεσης και η αντοχή στο θόρυβο υπολογίζονται και συγκρίνονται με δύο άλλα γνωστά μοντέλα κβαντικού υπολογισμού όπως: τα υπεραγώγιμα transmon qubits και τις παγίδες ιόντων. Οι μέθοδοι εξομοίσης του QuCirDET χρησιμοποιούνται για να παραχθούν τα αποτελέσματα απόδοσης. Το κβαντικό κύκλωμα της μελέτης αποτελεί μέρος μιας από τις δυο μεθόδους που προτείναμε για τη βελτίωση του προβλήματος της στοίχισης αλληλουχιών. Και οι δυο μέθοδοι συμβάλουν σημαντικά στη βελτίωση της στοίχισης μεταξύ δύο αλληλουχιών. Ο QuCirDET θα πρέπει να βελτιωθεί προς διάφορες κατευθύνσεις ώστε να χρησιμοποιηθεί για περαιτέρω μελέτη και ανάλυση πρωτόκολλων διόρθωσης σφαλμάτων.
Η παρούσα εργασία πραγματεύεται το αντικείμενο της τεχνητής ζωής (Artificial Life).Πιο συγκεκριμένα εκφράζουμε με όρους κβαντικής μηχανικής τόσο τους ζωντανούς οργανισμούς όσο και τα διάφορα στάδια και διαδικασίες που αποτελούν τη διαδικασία της Δαρβινικής εξέλιξης. Στη συνέχεια, υλοποιείται το μοντέλο αυτό στο εικονικό περιβάλλον της IBM (IBM Quantum Experience) και πραγματοποιείται η πειραματική διαδικασία για την εξαγωγή αποτελεσμάτων. Για κάθε διαδικασία υλοποιείται τουλάχιστον ένα κβαντικό κύκλωμα το οποίο τρέχει στη συνέχεια σε πραγματικό backend κβαντικού υπολογιστή. Τα αποτελέσματα συγκρίνονται με του άρθρου προς μελέτη με στόχο την επαλήθευση των αποτελεσμάτων του δεύτερου, καθώς και με τα ιδανικά αποτελέσματα ώστε να διαπιστώσουμε την αξιοπιστία του μοντέλου. Τέλος, προτείνουμε με χρήση της εικονικής πλατφόρμας που έχουμε στη διάθεσή μας, μια επέκταση του παραπάνω μοντέλου η οποία στοχεύει στον διαχωρισμό του τροφικού ρόλου των ζωντανών οργανισμών από την προγραμματισμένη διάρκεια ζωής τους.
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τον σχεδιασμό, τη προσομοίωση και υλοποίηση κβαντικών αθροιστών στους κβαντικούς επεξεργαστές της IBM των πέντε qubits. Ο σχεδιασμός έγινε με τις βιβλιοθήκες κβαντικών πυλών ΝCV και Clifford+T. Η προσομοίωση και η υλοποίηση έγιναν στην Clifford+T βιβλιοθήκη. Στο πρώτο κεφάλαιο εισάγονται οι βασικές έννοιες των κβαντικών υπολογισμών, ο μαθηματικός φορμαλισμός, το στοιχείο της κβαντικής πληροφορίας (qubit), ο τελεστής πυκνότητας, η χρονική εξέλιξη ενός κβαντικού συστήματος, οι κβαντικοί καταχωρητές, οι κβαντικές βιβλιοθήκες, οι μετρικές κβαντικών κυκλωμάτων, οι υπολογιστικές δομές κλασσικών και κβαντικών πληροφοριών και οι μετρικές ομοιότητας των qubits. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύονται τα βασικά κβαντικά κυκλώματα για την άθροιση, εισάγοντας όλες τις πρότυπες αναπαραστάσεις τους, τον πίνακα αλήθειας, τον πίνακα λειτουργίας, το δυαδικό διάγραμμα απόφασης, το κβαντικό πλειότιμο διάγραμμα απόφασης και την χαρακτηριστική συνάρτηση εισόδου-εξόδου. Ακολουθεί η σύνθεση κβαντικών αθροιστών με μεταθέσεις στον πίνακα αλήθειας, χρησιμοποιώντας τις βιβλιοθήκες κβαντικών πυλών NCV και Clifford+T. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι βασικές έννοιες των υπεραγώγιμων qubits που χρησιμοποιούνται από την IBMQ. Κατόπιν εισάγονται οι γράφοι των πυλών CNOTs σε κβαντικούς αθροιστές για τη βελτιστοποίηση των κυκλωμάτων αθροιστή στον κβαντικό επεξεργαστή των 5 qubit της IBMQ. Ακολουθεί η παρουσίαση των αποτελεσμάτων εξομοίωσης και υλοποίησης των κβαντικών αθροιστών. Τα αποτελέσματα των υπολογισμών άθροισης δείχνουν εξάρτηση από τον σχεδιασμό των κβαντικών κυκλωμάτων στον κβαντικό επεξεργαστή ibmqx4 της IBM.
Σε αυτήν την εργασία επιδιώκεται να δοθεί φως στις αρχές λειτουργίας και προγραμματισμού του κβαντικού υπολογιστή της IBM, να εφαρμοστούν κάποιοι από τους γνωστούς αλγορίθμους και να επιλυθεί ένα γνωστό πρόβλημα σχετικό με την Τεχνητή Νοημοσύνη. Αρχικά γίνεται μία σύντομη αναφορά στην ιστορία των κβαντικών υπολογιστών και στις έως τώρα συνεισφορές της IBM σε αυτόν τον τομέα, με έμφαση στους πόρους και εργαλεία που προσφέρονται στους εξωτερικούς χρήστες. Στη συνέχεια εξηγούνται οι αρχές της κβαντικής υπολογιστικής και οι κβαντικές πύλες που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή των κυκλωμάτων. Ακολουθεί η αναλυτική εξήγηση των γνωστότερων κβαντικών αλγορίθμων, δηλαδή του Grover, του Shor και της κβαντικής εκτίμησης φάσης, μαζί με την πρακτική εφαρμογή τους στο περιβάλλον της IBM. Όλα τα κυκλώματα εκτός από αυτό του αλγορίθμου του Shor εκτελέστηκαν σε περιορισμένο μέγεθος σε πραγματικό κβαντικό υπολογιστή. Τέλος, το πρόβλημα που επιλέχθηκε σε σχέση με την Τεχνητή Νοημοσύνη είναι αυτό της 3-ικανοποιησιμότητας, το οποίο δοκιμάστηκε επίσης σε πραγματικό μηχάνημα, ενώ με τη βοήθεια του κυκλώματος που προέκυψε επιλύθηκε και το πρόβλημα χρωματισμού γράφου σε προσομοιωτή.
Μελετάται η σύνδεση μηχανικής μάθησης και κβαντικής επεξεργασίας πληροφορίας, με σκοπό την επίλυση προβλημάτων δυαδικής κατηγοριοποίησης με επιβλεπόμενη κβαντική μηχανική μάθηση. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε και εφαρμόστηκε υπολογιστικά ένας κβαντικός αλγόριθμος, εμπνευσμένος από τις κλασικές μεθόδους kernel. Κατά τις εφαρμογές χρησιμοποιήθηκε η προσομοίωση κβαντικού υπολογιστή qasm-simulator και ο πραγματικός κβαντικός υπολογιστής ibm-5-yorktown που προσφέρει η IBM. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης ήταν πολύ ικανοποιητικά, δείχνοντας ότι ο αλγόριθμος δουλεύει με μεγάλη ακρίβεια. Αντίθετα, τα αποτελέσματα του πραγματικού κβαντικού υπολογιστή περιείχαν σφάλματα και διαφοροποιούνταν σημαντικά σε σχέση με την προσομοίωση.