MODELING QUANTUM SYSTEMS USING GNU OCTAVE AND PYTHON
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.
International Journal of Applied and Fundamental Research (Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований)•Jan 1, 2024•0 citations