Для авторов
Найти
Результаты поиска
Найдено результатов: 10.
-
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КВАНТОВОЙ ГРАФОВОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ СЖАТИЯ И РЕКОНСТРУКЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
А.Н. Самойлов , С.М. Гушанский , Н.Е. Сергеев , В.С. Потапов2024-11-10Аннотация ▼Подробно рассматриваются методы и подходы к применению квантовых алгоритмов для
решения задач оптимизации и обработки изображений. Особое внимание уделено квантовой при-
ближённой оптимизации (КПО) и применению квантовых сетей для задач сжатия и реконструк-
ции данных. КПО представляет собой гибридный алгоритм, который объединяет квантовые и
классические вычислительные процессы, позволяя эффективно решать сложные комбинаторные
задачи. Основой КПО являются параметризованные унитарные операции, которые подвергаются
оптимизации в ходе итераций. Этот подход даёт возможность учитывать уникальные особен-
ности квантовой природы информации, что в ряде случаев позволяет достичь более высокой про-
изводительности, чем при использовании исключительно классических методов. В процессе реали-
зации КПО одним из главных препятствий остаётся проблема шума, который может возникать,
например, при использовании CNOT-гейтов. В статье обсуждаются различные стратегии сни-
жения уровня шума, что является важной задачей для обеспечения стабильности и повышения
точности работы квантовых алгоритмов. Например, рассматриваются методы изоляции от-
дельных операций и коррекции ошибок, что позволяет минимизировать влияние шума на резуль-
таты вычислений и улучшить точность квантовой оптимизации. Авторы также предлагают
графовую интерпретацию квантовых моделей, которая основана на применении тензорных се-
тей. Такой подход позволяет эффективно упрощать вычислительные графы, за счёт чего удаётся
оптимизировать ресурсы, требуемые для выполнения сложных квантовых операций. Этот метод
также демонстрирует высокую эффективность в задачах сжатия и восстановления изображе-
ний, что открывает новые перспективы для применения квантовых сетей в области обработки
данных. В статье описывается структура квантовых сетей, включающая многослойные кванто-
вые гейты, которые позволяют более глубоко и детализированно обрабатывать изображения,
обеспечивая как эффективное сжатие, так и качественное восстановление данных. Также был
проведён анализ различных типов квантовых гейтов, таких как Адамар, Паули-X, Паули-Y и
T-гейты. Эти гейты играют ключевую роль в эффективности квантовых алгоритмов, так как
каждый из них вносит свой вклад в квантовую динамику и в способ манипуляции квантовыми со-
стояниями. -
ХАРАКТЕРИСТИКА КВАНТОВЫХ СХЕМ С ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ КОНФИГУРАЦИЯМИ КУБИТОВ
С.М. Гушанский , В.С. Потапов2024-01-05Аннотация ▼Статья представляет собой исследование нового подхода к систематическому ана-
лизу и классификации квантовых схем на основе функциональной конфигурации кубитов.
Статья подробно рассматривает роль элементарных вентилей в изменении элементов
вектора состояния и выделяет важность функциональных конфигураций кубитов в кол-
лективной модификации квантовых состояний. Основные аспекты, рассмотренные в ста-
тье, включают характеристику квантовых схем с функциональными конфигурациями ку-
битов, анализ воздействия элементарных вентилей на состояние квантового вектора и
определение количества возможных типов функциональных конфигураций. Результаты
исследования могут иметь важное значение для оптимизации квантовых схем и улучшения
понимания их общих свойств. Функциональная конфигурация кубита – это математиче-
ская структура, которая может коллективно классифицировать свойства и поведение
квантовых схем. Разработка квантовых алгоритмов с эффективными квантовыми схема-
ми была центральной частью квантовых вычислений, в которых за последние 30 лет про-
изошел огромный прогресс как в теоретическом, так и в экспериментальном плане. Ста-
тья представляет собой вклад в область квантовых вычислений, предоставляя система-
тический подход к классификации и анализу квантовых схем на основе их функциональных
конфигураций кубитов. Квантовые алгоритмы представляют собой инновационный класс
алгоритмов, основанных на принципах квантовой механики, и использующих кубиты вместо классических битов для обработки информации. В отличие от классических алгоритмов,
которые оперируют битами, принимающими значения 0 или 1, квантовые алгоритмы могут
использовать принципы квантовой суперпозиции и квантового взаимодействия, что позволя-
ет им выполнять множество вычислений одновременно. Одним из ключевых преимуществ
квантовых алгоритмов является их способность решать определенные задачи гораздо более
эффективно, чем классические алгоритмы. Однако, разработка и реализация квантовых
алгоритмов представляют значительные технические и алгоритмические вызовы, такие как
управление квантовыми состояниями, минимизация ошибок и создание устойчивых кванто-
вых вентилей. Несмотря на эти сложности, квантовые алгоритмы предоставляют пер-
спективные возможности для революции в области вычислений и решения проблем, которые
традиционно были слишком сложными для классических компьютеров. -
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СХЕМ С ОПТИМИЗАЦИЕЙ ПО ГЛУБИНЕ В АЛГОРИТМЕ КВАНТОВОЙ ПРИБЛИЖЕННОЙ ОПТИМИЗАЦИИ
С.М. Гушанский, В.С. Потапов, В.И. Божич2023-12-11Аннотация ▼Одной из основных проблем, с которой сталкиваются исследователи в области
квантовых вычислений, является проблема шума в квантовых системах. Шум может су-
щественно ограничивать производительность квантовых алгоритмов. Именно в этом
контексте актуализируется наше исследование, направленное на разработку и оптимиза-
цию квантовых алгоритмов с фокусом на глубине. Глубина квантовых цепей – это один из
критически важных параметров в разработке квантовых алгоритмов. Оптимизированные
схемы с улучшенной глубиной имеют потенциал существенно снизить влияние шума, что, в
свою очередь, должно привести к повышению эффективности. Мы стремимся предло-
жить решения, которые не только учитывают технические ограничения, но и предостав-
ляют практически применимые результаты для квантовых вычислений в контексте оп-
тимизационных задач. В рамках данного исследования проводится анализ применения
квантового алгоритма приближенной оптимизации для решения сложных задач комбина-
торной оптимизации. Однако в процессе использования данного алгоритма сталкиваемся с
серьезным ограничением – шумом в квантовой системе, что существенно снижает его
эффективность. Для преодоления влияния шума и повышения эффективности квантовых
алгоритмов, было предложено несколько методов. В данной статье представлен жадный
эвристический алгоритм, направленный на уменьшение воздействия шума. Основная цель
этого алгоритма заключается в поиске остовного дерева минимальной высоты. Это, в
свою очередь, приводит к сокращению общей глубины квантовых схем и минимизации коли-
чества вентилей CNOT, что является ключевым моментом в оптимизации квантовых вы-
числений. Через проведение численного анализа было продемонстрировано, что предло-
женный жадный эвристический алгоритм способен существенно увеличить вероятность
успешного завершения каждой итерации в задаче поиска максимального разреза в графе в
10 раз. Кроме того, исследование подтверждает, что средняя глубина квантовой схемы,
созданной предложенным эвристическим алгоритмом, все еще линейно зависит от разме-
ра входных данных, но угол наклона этой линейной зависимости снижается с 1 до 0,11
благодаря использованию предложенного метода. -
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫХ КВАНТОВЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ, ПОДАВЛЕНИЯ И КОРРЕКЦИИ ОШИБОК В КВАНТОВЫХ ВЫЧИСЛЕНИЯХ
С.М. Гушанский , В. С. Потапов2023-10-23Аннотация ▼В последние годы квантовые информационные системы привлекают все большее
внимание исследователей в области информатики и физики. Однако, внедрение и практи-
ческое применение квантовых вычислений ограничено влиянием шумов и ошибок, которые
возникают в квантовых системах. Для реализации эффективного управления и повышения
надежности квантовых информационных систем необходимо разработать методы, спо-
собные подавлять и корректировать ошибки в процессе квантовых вычислений. Цель дан-
ной работы состоит в разработке и исследовании модели управления, основанной на поме-
хоустойчивых квантовых вычислениях, а также методов подавления и коррекции ошибок в
квантовых вычислениях. В работе предлагается комбинация различных подходов, вклю-
чающих использование кодов коррекции ошибок, алгоритмов подавления шумов и методов
оптимального управления квантовыми информационными системами. В ходе исследования была разработана модель управления, которая позволяет эффективно обрабатывать ин-
формацию в квантовых системах, учитывая наличие шумов и ошибок. Были проведены
эксперименты с использованием реальных квантовых устройств, чтобы оценить эффек-
тивность предложенной модели. Результаты экспериментов показывают, что разрабо-
танный метод способен значительно улучшить надежность и точность квантовых вы-
числений. Предложенная модель управления на основе помехоустойчивых квантовых вы-
числений и методы подавления и коррекции ошибок представляют собой значимый вклад в
развитие квантовых информационных систем. Дальнейшее развитие и оптимизация пред-
ложенного подхода могут привести к созданию более надежных и эффективных кванто-
вых систем, способных к решению сложных вычислительных задач. -
ИССЛЕДОВАНИЕ КВАНТОВОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ И РЕАЛИЗАЦИЯ КВАНТОВОГО ЯДРА НА ПЛИС
С.М. Гушанский , В.С. Потапов2023-02-17Аннотация ▼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). -
РЕАЛИЗАЦИЯ ВЕРОЯТНОСТНОГО ДЕКОДЕРА ГЛУБОКОЙ НЕЙРОННОЙ СЕТИ ДЛЯ КОДОВ СТАБИЛИЗАТОРА
С. М. Гушанский , В. Н. Пуховский , В.С. Потапов2021-12-24Аннотация ▼В последнее время наблюдается стремительный рост интереса к квантовым компь-
ютерам. Их работа основана на использовании для вычислений таких квантово-
механических явлений, как суперпозиция и запутывание для преобразования входных данных
в выходные, которые реально смогут обеспечить эффективную производительность на
3–4 порядка выше, чем любые современные вычислительные устройства, что позволит
решать перечисленные выше и другие задачи в натуральном и ускоренном масштабе вре-
мени. Данная работа является исследованием влияния среды на квантовую систему куби-
тов и результаты ее выполнения. Разработан вероятностный декодер глубокой нейронной
сети для кодов стабилизатора. Проанализированы и рассмотрены вопросы исправления
ошибок для трехбитового кода без декодирования состояния. Актуальность данных иссле-
дований заключается в математическом и программном моделировании и реализации кор-
ректирующих кодов для исправления нескольких видов квантовых ошибок в рамках разра-
ботки и выполнения квантовых алгоритмов для решения классов задач классического ха-
рактера. Научная новизна данного направления выражается в исключении одного из не-
достатков квантового вычислительного процесса. Научная новизна данного направления в
первую очередь выражается в постоянном обновлении и дополнении поля квантовых ис-
следований по ряду направлений. -
РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПТИМИЗАЦИИ И РАСПАРАЛЛЕЛИВАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА В РАМКАХ КВАНТОВЫХ УСКОРИТЕЛЕЙ
С.М. Гушанский , В. С. Потапов , В.И. Божич2021-08-11Аннотация ▼В последнее время наблюдается стремительный рост интереса к квантовым компьюте-
рам. Их работа основана на использовании для вычислений таких квантово-механических явле-
ний, как суперпозиция и запутывание для преобразования входных данных в выходные, которые
реально смогут обеспечить эффективную производительность на 3–4 порядка выше, чем лю-
бые современные вычислительные устройства, что позволит решать перечисленные выше и
другие задачи в натуральном и ускоренном масштабе времени. Данная статья посвящена ре-
шению задачи исследования и разработки методов оптимизации квантовых вычислений в рам-
ках применения квантовых ускорителей. Предложена структурная схема аппаратного ускори-
теля для увеличения производительности моделируемых квантовых вычислений. Была проведе-
на разработка структурной схемы модуля связи аппаратного ускорителя и программной моде-
ли.Актуальность данных исследований заключается в математическом и программном моде-
лировании и реализации корректирующих кодов для исправления нескольких видов квантовых
ошибок в рамках разработки и выполнения квантовых алгоритмов для решения классов задач
классического характера. Научная новизна данного направления выражается в исключении
одного из недостатков квантового вычислительного процесса. Научная новизна данного на-
правления в первую очередь выражается в постоянном обновлении и дополнении поля кванто-
вых исследований по ряду направлений, а компьютерная симуляция квантовых физических явле-
ний и особенностей слабо освещена в мире. -
РАЗРАБОТКА МИКРОКОМАНД И ОСНОВНЫХ БЛОКОВ АППАРАТНОГО УСКОРИТЕЛЯ КВАНТОВЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ
С. М. Гушанский, В. С. Потапов , Ю.М. Бородянский2021-02-13Аннотация ▼На всех этапах развития информационных технологий уделялось и уделяется в на-
стоящее время большое внимание вопросам моделирования функционирующих специализи-
рованных высокопроизводительных вычислительных систем, позволяющих обеспечивать
необходимые показатели по быстродействию в сочетании с минимизированными затра-
тами программных ресурсов и потребляемой энергии. Разработанная информационная
система, ориентированная на человеко-машинное взаимодействие, позволяет наглядно
увидеть сильные и слабые стороны разрабатываемого квантового вычислительного уст-
ройства, доказать преимущества его использования. Разрабатываемая моделирующая
информационная система является наглядным пособием для понимания основных методов
взаимодействия информационных процессов и информационных ресурсов. Ряд важнейших
задач не может быть решен с помощью классических вычислительных машин, в том чис-
ле, классических суперкомпьютеров, за разумное время. В последнее время наблюдается
стремительный рост интереса к квантовым компьютерам. Данная статья посвящена
решению задачи исследования и разработки схемы и методики симуляции аппаратного
ускорителя квантовых вычислений. Работа затрагивает задачи исследования и разработ-
ки методов функционирования квантовых схем и моделей квантовых вычислительных уст-
ройств. Актуальность данных исследований заключается в математическом и программ-
ном моделировании и реализации основополагающих компонентов моделей квантовых вы-
числений. Научная новизна данного направления выражается в оптимизации квантового
вычислительного процесса. Научная новизна данного направления в первую очередь выра-
жается в постоянном обновлении и дополнении поля квантовых исследований по ряду на-
правлений. Целью работы является реализация методики построения аппаратного уско-
рителя. Реализовано техническое обеспечение информационной квантовой системы и про-
цессов, в том числе новые программные средства передачи и представления информации.
Использование информационной системы квантовых вычислений отличается от своих
аналогов существенным увеличением скорости решения вычислительных задач и, самое
главное, экспоненциальным увеличением скорости решения NP-полных задач, которые на
классических машинах могут решаться за неприемлемое время. В следствии того, что
класс NP задач широк, применимость и значимость разработанной методики построения
модульной системы квантовых вычислений не вызывает сомнения. -
ПРИМЕНЕНИЕ ЗАПРЕЩЕННЫХ ФИГУР В ЗАДАЧЕ РАСКРАСКИ ГРАФА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
В. И. Потапов2021-01-19Аннотация ▼Проектирование конструкции печатных плат в виде плоских структур без перемы-
чек является одной из самых сложных задач на этапе схемотехнического проектирования.
Задача в такой постановке особенно актуальна микросборок и для электронных модулей
контрольно-проверочной, бортовой аппаратуры, выполненных по технологии поверхност-
ного монтажа, где, например, по причине металлического теплоотвода или керамического
основания, структура соединений возможна только в одном слое. В работе рассматрива-
ется задача проектирования печатных плат в виде синтеза плоских структур электрон-
ных схем. Целью является расположение соединений на печатной плате без пересечений,
что облегчает условия проведения трасс любому трассировщику современных программ
проектировании. Для её решения предложено большое число различных алгоритмов, основ-
ным недостатком которых является заложенный в них принцип последовательного и
фрагментарного просмотра коммутационного пространства. Сложность алгоритмов
синтеза подобных структур обусловлена также необходимостью учета большого числа
различных требований, связанных со спецификой их изготовления и особенностями разра-
батываемого конструктивно-технологического решения. В настоящей работе предлага-
ется выполнить проектирование печатной платы с высокой эффективностью трассиров-
ки соединений за счет решения задачи расслоения исходного графа-схемы и построения
плоского графа-схемы как на стороне установки ЭРЭ, так и на обратной стороне платы -
стороне пайки, исключая запрещенные фигуры по теореме Потрягина-Куратовского.
Критерием является минимизация переходных отверстий, а также минимизация провод-
ников (ребер) на одной стороне печатной платы. Задача расслоения представляет собой
задачу раскраски графа в два цвета с использованием принципов характеризационного
управления, решение которой базируется на теореме Кенига, определяющей запрещенную
фигуру в виде циклов нечетной длины. Для проектирования печатных плат разработаны
алгоритм и методика построения планарных графов и расслоения графа на две стороны
печатной платы с уменьшением количества неразведенных ребер. Точное решение прини-
мает вид полиномиальной зависимости не выше 5-й степени, позволяет получить резуль-
тат за приемлемое время и повысить эффективность трассировки на 5–15 %. -
РАЗРАБОТКА КОРРЕКТИРУЮЩИХ КОДОВ ДЛЯ ИСПРАВЛЕНИЯ НЕСКОЛЬКИХ ВИДОВ КВАНТОВЫХ ОШИБОК
С.М. Гушанский , В. С. Потапов, В. И. Божич2020-10-11Аннотация ▼В последнее время наблюдается стремительный рост интереса к квантовым компь-
ютерам. Их работа основана на использовании для вычислений таких квантово-
механических явлений, как суперпозиция и запутывание для преобразования входных данных
в выходные, которые реально смогут обеспечить эффективную производительность на
3–4 порядка выше, чем любые современные вычислительные устройства, что позволит
решать перечисленные выше и другие задачи в натуральном и ускоренном масштабе вре-
мени. Данная статья посвящена решению задачи исследования и разработки корректи-
рующих кодов для исправления нескольких видов квантовых ошибок, появляющихся при вы-
числительных процессах в квантовых алгоритмах и моделях квантовых вычислительных
устройств. Целью работы является изучение существующих методов исправления различ-
ных видов и типов квантовых ошибок и создание 3-кубитного корректирующего кода для
квантового исправления ошибок. Работа затрагивает задачи исследования и разработки
методов функционирования квантовых схем и моделей квантовых вычислительных уст-
ройств. Актуальность данных исследований заключается в математическом и программ-
ном моделировании и реализации корректирующих кодов для исправления нескольких видов
квантовых ошибок в рамках разработки и выполнения квантовых алгоритмов для решения
классов задач классического характера. Научная новизна данного направления выражается
в исключении одного из недостатков квантового вычислительного процесса. Научная но-
визна данного направления в первую очередь выражается в постоянном обновлении и до-
полнении поля квантовых исследований по ряду направлений, а компьютерная симуляция
квантовых физических явлений и особенностей слабо освещена в мире. Целью работы явля-
ется компьютерное моделирование квантового вычислительного процесса с использовани-
ем метода исправления фазовых типов ошибок, который позволяет оценить собственную
фазу унитарного гейта, получившего доступ к квантовому состоянию, пропорционально
собственному вектору.
1 - 10 из 10 результатов
