Emulators of Quantum Computers on Qubits and on Qudits
| Autor: | Andreev, A.S., Khrapov, P.V. |
|---|---|
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2022 |
| Předmět: | |
| DOI: | 10.25559/sitito.18.202202.455-467 |
| Popis: | Quantum computing is still a developing, but an extremely promising area. The article lays out the main ideas behind quantum computing in simple terms. The topic of quantum computers based on qudits - multidimensional analogues of qubits, which have recently received much attention due to their efficiency, is also covered The fundamentals of quantum mechanics, which are necessary for understanding the principles of operation of a quantum computer, such concepts as qubits and qudits, linear operators, the measurement process, etc are introduced. As an example of quantum computing, the principle of operation of the Deutsch-Jozsa algorithm, one of the first quantum algorithms to demonstrate their advantages, and its generalization to qudits, are analyzed in detail. The process of writing the simplest quantum computer emulator in the Python programming language is described step by step. The emulator operates with an arbitrary number of qubits and allows you to apply arbitrary operators to them and carry out multiple measurements of the final state of the qubit. A generalization of this emulator for working with qudits is given after that. To demonstrate the emulator we have written, we present programs that implement the Deutsch-Jozsa algorithm and its generalizations on it, and test them. Квантовые вычисления — это развивающаяся и чрезвычайно перспективная область. В статье простыми словами изложены основные идеи, лежащие в основе квантовых вычислений. Также освещается тема квантовых компьютеров на основе кубитов - многомерных аналогов кубитов, которым в последнее время уделяется большое внимание благодаря их эффективности. Вводятся основы квантовой механики, которые необходимы для понимания принципов работы квантового компьютера, такие понятия, как кубиты и кудиты, линейные операторы, процесс измерения и т.д. В качестве примера квантовых вычислений подробно анализируются принцип работы алгоритма Дойча-Йожа, одного из первых квантовых алгоритмов, продемонстрировавшего свои преимущества, и его обобщение на кудиты. Пошагово описан процесс написания простейшего эмулятора квантового компьютера на языке программирования Python. Эмулятор работает с произвольным количеством кубитов и позволяет применять к ним произвольные операторы и проводить множественные измерения конечного состояния кубита. После этого дается обобщение этого эмулятора для работы с кудитами. Чтобы продемонстрировать написанный нами эмулятор, мы представляем программы, реализующие алгоритм Дойча-Йожа и его обобщения на нем, и тестируем их. Международный научный журнал "Современные информационные технологии и ИТ-образование", Выпуск 2 2022, Pages 455-467 |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|