В дисертационния труд са изследвани проблеми и задачи, които са свързани както с класическите и квантовите шумозащитни кодове, така и с ортогоналните масиви.Представен е и нов метод за конструиране на ДНК кодове, базиращ се на връзките между ДНК кодовете и ACG кодовете.В дисертационния труд са разгледани и някои методи за конструиране на квантови кодове.Освен методи и алгоритми за конструиране на класически и квантови кодове са разгледани и методи за класификация на ортогонални масиви. Известните до сега методи за класификация могат да се обобщят в две групи. При първите методи се генерират всички ортогонални масиви и впоследствие се определя кои са изоморфните измежду всички конструирани. При методите от втората група се използва тотална лексикографска наредба.
В дисертационния труд са изследвани проблеми и задачи, които са свързани както с класическите и квантовите шумозащитни кодове, така и с ортогоналните масиви.Представен е и нов метод за конструиране на ДНК кодове, базиращ се на връзките между ДНК кодовете и ACG кодовете.В дисертационния труд са разгледани и някои методи за конструиране на квантови кодове.Освен методи и алгоритми за конструиране на класически и квантови кодове са разгледани и методи за класификация на ортогонални масиви. Известните до сега методи за класификация могат да се обобщят в две групи. При първите методи се генерират всички ортогонални масиви и впоследствие се определя кои са изоморфните измежду всички конструирани. При методите от втората група се използва тотална лексикографска наредба.
Предложен е нов метод за симулация на бинарен хомогенен Марковски процес чрез използването на квантов компютър. Този нов метод позволява използването на характерните свойства на квантовите механични системи – суперпозицията, вплетените състояния и вероятностното пресмятане. Имплементация на алгоритъм, базиран на този метод изисква създаването на нов квантов логически гейт, който да създаде вплетени състояния между два кюбита. Това е дву-кюбитов логически гейт и трябва да изпълни предефинирано завъртане по оста Х на кюбита, който играе ролята на цел, където завъртането точно представя преходните вероятности за един Марков процес. Този гейт се изпълнява само когато управляващият кюбит е в състояние |1>. Необходимо е да се разработи алгоритъм, който използва разпределението на преходните вероятности за процеса по прост и интуитивен начин, за да ги трансформира в завъртания по оста Х. Създаването на квантов гейт използвайки само съществуващите логически гейтове в облачната платформа е възможно, въпреки това квантовите процесори са прекалено шумни, което води до значителни нараствания на грешката при измерване на квантовата система. Хардуерната реализация на квантов процесор на IBM с име Yorktown, която е с конфигурационна карта тип “папионка” се справя значително по-добре от другите 5-кюбитови процесори с конфигурация “Т” и 14-кюбитовия процесор Melbourne от гледна точка на квантова точност. Симулацията на бинарен хомогенен Марковски процес на реален квантов процесор дава
В дисертационния труд се засягат проблемите на научната област „квантова криптография“, в частност пренасяне на криптографски ключове посредством квантова комуникация. Предложени са методи за повишаване ефективността на съществуващи квантови модели за пренос на криптографски ключове. Оценена е сигурността на тези методи – доказва се, че прилагането им не засяга конфиденциалността на комуникационния процес. Представени са модифицирани квантови модели, които включват предложените методи. Оценява се ефективността на тези модели. Достига се до резултат, който показва, че прилагането на предложените методи води до 1.5 или приблизително 1.5 пъти по-добра ефективност. Също така, в дисертационния труд се предлага метод за обобщена оценка на съществуващите квантови модели. Той представлява определяне стойностите и комбиниране на основните параметри на моделите. За основни параметри са приети: ефективността, сигурността и практичността. За обобщено оценяване на моделите е предложен израз, представляващ равнотегловна сума (средноаритметична стойност) на основните параметри.
Тази докторска теза разглежда няколко аспекта на квантово-класическите аналогии. Първо, ние разглеждаме аналогията между техниката на композитните импулси от квантовата физика с манипулация на поляризацията и генерация на честоти в нелинейната оптика. Основната концепция на тази аналогия е да даде предимство на тези класически системи, които са чувствителни към експерименталните условия, за да ги направи устойчиви и широколентови. Освен това, ние изследваме аналогията между неермитовата квантова система с три състояния и каскадното раждане на нелинейна честота в среда със загуби, с цел устойчиво генериране на нови честоти в нелинейни кристали. Накрая, в контекста на манипулиране на поляризацията, ние проектирахме две устройства: нереципрочна поляризационна вълнова пластина, чието действие зависи от посоката на разпространение на светлината, и независим от входната поляризация оптичен изолатор с нива на изолация в диапазона от 43 dB до 50 dB.
От класическата механика е изведено обобщено уравнение на Ланжвен за механична подсистема, взаимодействаща с хармоничната баня на твърдо тяло. Получени са статистическите свойства на мултипликативната случайна сила и съотношение, свързващо тензора на триене със статичния потенциал. Обикновеното уравнение на Ланжвен е приложено за описание на различни примери на резонантно Брауново движение на атоми, твърди, димери и нормални алкани. Уравнението на Шрьодингер е обяснено като резултат от удари между точковите частици и виртуалните квантови частици, пренасящи фундаменталните взаимодействия. Така, вълновият характер на квантовата механика се дължи на виртуалните частици, които са вълни в координатното и квазичастици в моментно подпространство. Изведено е стохастично уравнение на Лоренц-Ланжвен, описващо Брауново-подобното движение на точковите частици в квантовата механика, и е демонстрирано как се получава уравнението на Шрьодингер чрез калибровъчна трансформация. Предложено е стохастично уравнение на Бом-Ланжвен и е преобразувано в уравнение на Смолуховски-Бом за еволюцията на плътността на вероятността в конфигурационното подпространство на една квантова подсистема в класическа среда. Предложено е нелинейно управляващо уравнение чрез квантоване на класическото уравнение на Клайн-Крамерс и приложението му към свободна Браунова частица води до нов закон за разпръскване на вълновия пакет, който е квантово обобщение на класическия закон на Айнщайн за Брауновото движение.
Композитните импулси заемат важно място в гамата от техники за квантов контрол и имат предимство сред тях, че са подходящи за стабилна, чувствителна или гъвкава високопрецизна манипулация на квантови системи. Целта е да се разшири обхватът на методологията, родена в ядрено-магнитния резонанс, и да се модернизират нейните приложения. В дисертацията е представен ефектът на този гъвкав метод в квантовите изчисления, квантовите сензори, обработката на квантовата информация и поляризационната оптика. Последните сочат съществуването на квантово-класическа аналогия, дължаща се на лежащата в основата им аналогична математика. Възможността за проектиране на стабилни квантови гейтове чрез широколентови композитни импулси с ултрависока прецизност, надвишаваща бенчмарка за квантово изчисление, е забележителна за квантовите изчисления. Извличането на композитните импулси с тясна лента и лента на пропускане за приложения в квантовите сензори налага използването на SU(2) и нови подходи за оптимизацията. Интересно е, че композитните импулси също са способни на стабилни преходи с ултрамалка вероятност и могат да имат потенциални приложения за детерминистично еднофотонно излъчване и DLCZ протокола, добре познат в квантовата обработка на информация. Друга модификация води до ултрастабилен и ултрачувствителен квантов контрол на вероятността за преход чрез композитни импулси, които могат да имат важни приложения за създаване на поляризационни полувълнови плочи с ултрашироколентова и ...
Исследуется роль квантовых вычислений в исследованиях в области медицинской физики с упором на их потенциал для повышения эффективности и точности вычислений и разработки новых подходов к лечению. Проведен тщательный анализ литературы последних достижений в области квантовых вычислений и их применения в медицинской физике. Тематические исследования рассмотрены для демонстрации практического применения и возможных преимуществ. Теоретические модели протестированы для прогнозирования будущего развития. Статистические данные о реализации квантовых вычислений собраны из многих источников, особенно об улучшении скорости и точности обработки в приложениях медицинской физики. Результаты показывают, что квантовые вычисления могут значительно повысить скорость обработки сложных методов моделирования и визуализации, при этом некоторые квантовые алгоритмы превосходят классические алгоритмы до 100 раз. Статистические результаты подтверждают перспективность квантовых вычислений. При планировании лучевой терапии квантовые вычисления продемонстрировали повышение точности расчета распределения дозы на 25%. Квантовые алгоритмы сократили время вычислений при молекулярном моделировании примерно на 40%, потенциально ускоряя разработку лекарств и индивидуальную терапию на 30%. Квантовые вычисления могут изменить медицинскую физику за счет увеличения вычислительных мощностей, что может привести к прогрессу в диагностике, планировании лечения и разработке лекарств.