Отличие квантового от классического алгоритма заключается в следующем: задача, решаемая квантовым алгоритмом (КА), закодирована в структуре квантовых операторов, применяемых к входному сигналу. Вид входного сигнала в структуру КA в этом случае всегда один и тот же. Выходной сигнал КA включает в себя информацию о решении закодированной проблемы. В результате КA задается функция для анализа, и КA определяет ее свойство в виде ответа без количественных вычислений, т. е. КA изучает качественные свойства функций. Ядром любого КA является набор унитарных квантовых операторов или квантовых вентилей. На практике квантовый вентиль представляет собой унитарную матрицу с определенной структурой. Размер этой матрицы растет экспоненциально с увеличением количества входных данных, что существенно ограничивает моделирование КA на классическом компьютере с фон-неймановской архитектурой. Модели квантовых поисковых алгоритмов применяются для решения задач информатики, таких как поиск в неструктурированной базе данных, квантовая криптография, инженерные задачи, проектирование систем управления, робототехника, интеллектуальные контроллеры и т. д. Алгоритм Deutsch относится к классу алгоритмов принятия решений и подробно объясняется вместе с реализациями на локальном компьютерном симуляторе. В представленной статье описывается практический подход к моделированию двух из самых известных КA принятия решения на классических компьютерах: Deutsch и Deutsch – Jozsa алгоритмов. The difference between classical and quantum algorithms (QA) is as follows: the problem solved by QA is coded in the structure of the quantum operators. Input to QA in this case is always the same. Output of QA says which problem coded. In some sense, give a function to QA to analyze and QA returns its property as an answer without quantitative computing. QA studies qualitative properties of the functions. The core of any QA is a set of unitary quantum operators or quantum gates. In practical representation, quantum gate is a unitary matrix with particular structure. The size of this matrix grows exponentially with an increase in the number of inputs, which significantly limits the QA simulation on a classical computer with von Neumann architecture. Quantum search algorithm (QSA) - models apply for the solution of computer science problems as searching in unstructured database, quantum cryptography, engineering tasks, control system design, robotics, smart controllers, etc. Grover’s algorithm is explained in details, along with implementations on a local computer simulator. The presented article describes a practical approach to modeling one of the most famous QA on classical computers, the Grover algorithm.
В современных науке и технике постоянно возникает необходимость в решении таких стратегически важных задач, как предсказание погоды и расчет климатических изменений, создание онкологических препаратов, обработка сигналов из Вселенной для поиска внеземных цивилизаций, обработка символьной информации, криптоанализ, опережающий расчет траекторий движущихся воздушных и космических объектов и другие задачи. Практическая реализация перечисленных задач на современных, даже суперкомпьютерных, системах требует недопустимо большого промежутка времени или вообще невозможна. Научная новизна данного направления выражается в разработке методики построения модульной моделирующей системы квантовых вычислений с открытой архитектурой, а также моделирующей системы выполнения квантовых алгоритмов. Целью работы является рассмотрение приемов моделирования квантовых вычислений и реализации алгоритмов решения задач NP класса. In modern science and technology, there is a constant need to solve such strategically important tasks as predicting the weather and calculating climatic changes, creating cancer drugs, processing signals from the Universe to search for extraterrestrial civilizations, processing symbolic information, cryptanalysis, and anticipatory calculation of the trajectories of moving air and space objects, etc. The practical implementation of the listed tasks on modern, even supercomputer systems requires an unacceptably long period of time or is impossible at all. The scientific novelty of this direction is expressed in the development of a methodology for constructing a modular modeling system of quantum computing with an open architecture, as well as a modeling system for executing quantum algorithms. The aim of the work is to consider techniques for modeling quantum computations and implementing algorithms for solving NP class problems.
В работе рассматриваются квантовые вычислительные методы симуляции физических систем с применением машинного обучения. Новизна исследования заключается в интеграции квантовых алгоритмов с элементами ML для повышения точности и эффективности моделирования. Цель работы – разработка и тестирование гибридного подхода к квантовой симуляции. Для реализации цели были изучены классические и квантовые методы моделирования, разработан алгоритм симуляции с использованием Qiskit, проведена его валидация и сравнительный анализ с классическими методами.
Текущие исследования по разработке передовых квантовых алгоритмов нацелены на создание набора алгоритмических примитивов, которые могут быть использованы в качестве модулей для различных промышленных рабочих процессов.Цель статьи заключается в рассмотрении различных квантовых алгоритмов для оптимального квантового управления.В работе использовались методы систематического обзора литературы, контент-анализа.Всесторонний поиск осуществлялся в соответствии с рекомендациями PRISMA и проводился в базах Scopus, Web of Science и Google Scholar за период с 2022 по 2025 г.Литература для такого обзора отбиралась в базах данных на основании количества цитирований публикаций, импакт-фактора, индекса Хирша журналов.В практической части исследования использовались методы численного оптимального управления и обучения с подкреплением.В статье представлен обзор исследований современных авторов в области ослабления эффектов шума и декогеренции, анализа ошибок квантовых алгоритмов, а также методов оценки и снижения суммарной погрешности.В процессе исследования в качестве перспективного алгоритма для квантового оптимального управления прорабатываются тепловые ансамбли с целью аппроксимации следа унитарной матрицы.Проводится аналитическая связь между алгоритмом Ахаронова для получения полинома Джонса.Отдельно рассмотрены трехпрядевые косы и их унитарные представления, а также представления на основе тепловых ансамблей.Показана методика измерения математического ожидания фазово-чувствительного оператора обнаружения ансамбля.Доказано преимущество приведенного алгоритма для квантового оптимального управления.Рассмотрен вариационный квантовый алгоритм и его особенности.В работе получены результаты сравнительного анализа наиболее распространенных квантовых алгоритмов оптимального управления.Обозначены пути их усовершенствования с указанием характерных особенностей для каждой модели.Также отмечено, что перспективным направлением дальнейших изысканий является изучение возможностей пересечения областей квантовой механики и машинного обучения, что может привести к созданию новых подходов к управлению квантовыми системами, улучшению существующих алгоритмов.
в связи с постоянной модернизацией различных сфер жизни общества необходимо отражать особенно значимые изменения в системе образования, чтобы подростки могли адаптироваться к новым условиям и успешно ориентироваться в них. В условиях постоянного технологического процесса особое внимание стало уделяться квантовым компьютерам и их развитию. В статье рассмотрены вопросы значимости изучения квантовых технологий в школах, причиной которых также стала необходимость предоставления обучающимся школ возможности развиваться, открывать новые границы в современном мире. Цель статьи – теоретическое обоснование интеграции нового материала о фундаментальных основах квантовых компьютеров в курс старшей школы в рамках уроков информатикии как следствиеанализ формирующихся качеств обучающихся. Новизна работы – определение возможностей дополнения рабочей программы по информатике новым разделом, изучающим технологию работы квантового компьютера и его практическое применение. В ходе написания статьи применялись теоретические методы исследования, такие как анализ и синтез, а также эмпирические методы: сравнение и интервьюирование. Результаты исследований показали, что отсутствие модернизации дисциплин в школах, в будущем может поспособствовать появлению проблемы отставания общества во многих сферах жизни. Поэтому целесообразно рассмотреть возможность включения в школьный курс нового раздела квантовых технологий, а в частности квантовых компьютеров, которые в настоящий момент получают все большее развитие. В рабочую программу по информатикепредложено включить такие темы, как "Введение в квантовую механику", "Принципы работы квантовых компьютеров", "Практическое применение квантовых компьютеров", "Квантовая аппаратура и ее основные элементы". due to the constant modernization of various spheres of society, it is necessary to reflect particularly significant changes in the education system so that adolescents can adapt to new conditions and successfully navigate them. In the context of a constant technological process, special attention has been paid to quantum computers and their development. The article discusses the importance of studying quantum technologies in schools, the reason for which was also the need to provide students with the opportunity to develop and open new frontiers in the modern world. The purpose of the article is a theoretical justification for the integration of new material on the fundamentals of quantum computers into the high school course within the framework of computer science lessons and, as a result, an analysis of the emerging qualities of students. The novelty of the work is the identification of the possibilities of supplementing the work program in computer science with a new section studying the technology of a quantum computer and its practical application. During the writing of the article, theoretical research methods such as analysis and synthesis were used, as well as empirical methods: comparison and interviewing. The research results have shown that the lack of modernization of disciplines in schools in the future may contribute to the emergence of the problem of lagging society in many areas of life. Therefore, it is advisable to consider the possibility of including a new section of quantum technologies in the school course, and in particular quantum computers, which are currently receiving increasing development. It is proposed to include such topics as "Introduction to quantum mechanics", "Principles of operation of quantum computers", "Practical application of quantum computers", "Quantum equipment and its basic elements" in the computer science work program.