ИССЛЕДОВАНИЕ КВАНТОВОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ И РЕАЛИЗАЦИЯ КВАНТОВОГО ЯДРА НА ПЛИС

Аннотация

Метод квантового ядра является одним из важнейших методов в квантовом машин- ном обучении. Однако количество признаков, используемых для квантовых ядер, ограничено несколькими десятками признаков. Используется структура состояния блочного продукта в качестве карты квантовых признаков и демонстрируется реализация программируемых вентильных матриц. Актуальность данных исследований заключается в математическом и программном моделировании и реализации квантовой вычислительной системы в рамках разработки реализация квантового ядра на ПЛИС для решения классов задач классического характера. Научная новизна данного направления исследований заключается в разработке гибридного симулятора квантового ядра центрального процессорного устройства (ЦПУ) и программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) на несколько порядков быстрее, чем обычный симулятор квантовых вычислений. Эта совместная разработка реализован- ного квантового ядра и его эффективная реализация ПЛИС позволили выполнить числен- ное моделирование квантового ядра на основе вентилей с точки зрения входных признаков, вплоть до 780-мерных признаков с использованием 4000 выборок. Применили квантовое ядро к задачам классификации изображений с использованием набора данных Fashion- MNIST и показали, что квантовое ядро сравнимо с ядрами Гаусса с оптимизированной про- пускной способностью. Проведенный анализ работ данной области показал, что в на- стоящее время достигнут новый качественный уровень, открывающий перспективные возможности по реализации многокубитовых квантовых вычислений. Перспективы реали- зации и развития связаны не только с технологическими возможностями, но и с решением вопросов построения эффективных квантовых систем решения актуальных математиче- ских задач, задач криптографии и задач управления (оптимизации).