РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КЛАССИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В КВАНТОВОЕ СОСТОЯНИЕ, ВЫДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОЛУТОНОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В БИНАРНОЕ

  • В. С. Потапов Южный Федеральный Университет
Ключевые слова: Квантовая симуляция, квантовый алгоритм, квантовый бит, модель квантового вычислителя, квантовое запутывание, суперпозиция, квантовый параллелизм

Аннотация

Данная статья посвящена решению задачи исследования и разработки методов функционирования квантовых алгоритмов и моделей квантовых вычислительных уст-ройств. Квантовый алгоритм, реализованный в работе, позволяет произвести преобразо-вание классического изображения в квантовое состояние, выделения границ и преобразова-ние полутонового изображения в бинарное, показывает возможности квантовой теории информации в интерпретации классических задач. Целью работы является компьютерное моделирование квантового алгоритма для решения задачи преобразования классического изображения с использованием квантовых вычислительных средств и методов, изучение существующих алгоритмов распознавания образов и создание эффективной модели распо-знавания с помощью свойств и методов квантовых вычислений. Данная статья посвящена решению задачи исследования и разработки методов функционирования квантовых алго-ритмов и моделей квантовых вычислительных устройств. Актуальность данных исследо-ваний заключается в математическом и программном моделировании и реализации кван-тового алгоритма для решения классов задач классического характера. Научная новизна данного направления в первую очередь выражается в постоянном обновлении и дополнении поля квантовых исследований по ряду направлений, а компьютерная симуляция квантовых физических явлений и особенностей слабо освещена в мире. В настоящее время во многих передовых странах мира интенсивно ведутся научно-исследовательские работы по разра-ботке и созданию квантовых компьютеров и их программного обеспечения, наблюдается стремительный рост интереса к квантовым компьютерам. Публикуется большое количе-ство статей и монографий. В работе приведены основные теоретические и практические результаты в области квантового компьютинга.

Литература

1. Raedt K.D., Michielsen K., De Raedt H., Trieu B., Arnold G., Marcus Richter, Th Lip-pert, Watanabe H., and Ito N. Massively parallel quantum computer simulator // Computer Physics Communications. – Vol. 176. – P. 121-136;
2. Boixo S., Isakov S.V., Smelyanskiy V.N., Babbush R., Ding N., Jiang Z., Martinis J.M., and Neven H. Characterizing quantum supremacy in near-term devices. arXiv pre-print arXiv:1608.00263;
3. Stierhoff G.C., Davis A.G. A History of the IBM Systems Journal In: IEEE Annals of the His-tory of Computing. – Vol. 20, Issue1. – P. 29-35.
4. Lipschutz S., Lipson M. Linear Algebra (Schaum’s Outlines). – 4th ed. McGraw Hill.
5. Collier, David. The Comparative Method. In Ada W. Finifter, ed. Political Sciences: The State of the Discipline II. Washington, DC: American Science Association. – P. 105-119.
6. Vectorization.https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Vectorization&ldid=829988201.
7. Williams C.P. Explorations in Quantum Computing. Texts in Computer Science, Chapter 2. Quantum Gates. – Springer, 2011. – P. 51-122.
8. Olukotun K. Chip Multiprocessor Architecture – Techniques to Improve Throughput and La-tency. Morgan and Claypool Publishers (2007);
9. Potapov V., Guzik V., Gushanskiy S., Polenov M. Complexity Estimation of Quantum Algo-rithms Using Entanglement Properties In: Informatics, Geoinformatics and Remote Sensing // Proceedings of 16-th International Multidisciplinary Scientific Geoconference, SGEM 2016, Bulgaria. – 2016. – Vol. 1. – P. 133-140. STEF92 Technology Ltd.
10. Inverter (logic gate). – https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Inverter_ (log-ic_gate)&oldid=844691629.
11. Lachowicz P. Walsh – Hadamard Transform and Tests for Randomness of Financial Re-turn-Series. – 2015. – http://www.quantatrisk.com/2015/04/07/walsh-hadamard-transform-python-tests-for-randomness-of-financial-return-series/.
12. Potapov V., Gushanskiy S., Guzik V., Polenov M. The Computational Structure of the Quantum Computer Simulator and Its Performance Evaluation In: Software Engineering Perspectives and Application in Intelligent Systems. Advances in Intelligent Systems and Computing. – Springer, 2019. – Vol. 763. – P. 198-207.
13. Quantum phase estimation algorithm. (2016, Nov. 03). In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 05:15, July 27, 2016. – https://en.wikipedia.org/w/index.php? Ti-tle=Quantum_phase_estimation_algorithm& oldid=731732789.
14. Richard G. Milner. A Short History of Spin // Contribution to the XVth International Work-shop on Polarized Sources, Targets, and Polarimetry. – Charlottesville, Virginia, USA, Sep-tember 9-13, 2013. – arXiv:1311.5016.
15. Гушанский С.М., Потапов В.С. Методика разработки и построения квантовых алгорит-мов // Информатизация и связь. – 2017. – № 3. – С. 101-104.
16. Гузик В.Ф., Гушанский С.М., Поленов М.Ю., Потапов В.С. Реализация компьютерного моделирования системы с частицей в одномерном и двухмерном пространстве на кван-товом уровне // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2017. – № 6 (191). – С. 223-233.
17. Гушанский С.М., Поленов М.Ю., Потапов В.С. Реализация модуля конвертации мо-делей для среды MATLAB // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2017. – № 6 (191). – С. 212-223.
18. Hales S. Hallgren. An improved quantum Fourier transform algorithm and applications // Pro-ceedings of the 41st Annual Symposium on Foundations of Computer Science, November 12 – 14, 2000. – P. 515.
19. Potapov V., Gushanskiy S., Polenov M. The Methodology of Implementation and Simulation of Quantum Algorithms and Processes // 11th International Conference on Application of In-formation and Communication Technologies (AICT). – Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2017. – P. 437-441.
20. Quantum programming. (2016, Nov 03). In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 17:50, September 20, 2016. – https://en.wikipedia.org/ w/index.php?title=Quantum_ pro-gramming&oldid=740376291.
21. Wikipedia contributors. (2018, November 27). IBM Q Experience. In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 17:28, January 31, 2019. – https://en.wikipedia.org/w/ in-dex.php?title=IBM_Q_Experience&oldid=87087480.
22. Quantum mechanics. (2017, March 29). In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 15:50, March 30, 2017. – URL: https://en.wikipedia.org/w/index.php? title=Quantum_ me-chanics&oldid=772744105.
23. Boneh D., Zhandry M. Quantum-secure message authentication codes // In Proceedings of Eurocrypt. – 2013. – P. 592-608.
24. Potapov V., Gushansky S., Guzik V., Polenov M. Architecture and Software Implementation of a Quantum Computer Model // Advances in Intelligent Systems and Computing. – Springer Verlag, 2016. – Vol. 465. – P. 59-68.
25. Bennett С.H., Shor P.W., Smolin J.A., Thapliyal A.V. Entanglement-assisted Capacity of a Quantum Channel and the Reverse Shannon Theorem // IEEE Transactions on Information Theory. – 2002. – Vol. 48. – P. 26-37.
26. Kleppner D., Kolenkow R. An Introduction to Mechanics (Second ed.). Cambridge: Cambridge University Press, 2014. – 49 p.
Опубликован
2019-09-24
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ I. АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ