Sơ đồ mạch lượng tử

Tóm tắt công trình

Vấn đề nghiên cứu các phương pháp tính toán lượng tử dựa trên các sơ đồ mạch lượng tử đóng vai trò ngày càng tăng khi trong tương lai gần, khả năng xây dựng được máy tính lượng tử công nghiệp trở thành hiện thực. Hiện nay các nước có nền kinh tế phát triển đã và đang hình thành nhiều trung tâm nghiên cứu phát triển các dự án về máy tính lượng tử, các thuật toán lượng tử dựa trên các mạch lượng tử,… Các ngành khoa học tính toán, đặc biệt là công nghệ thông tin sẽ có những bước chuyển nhảy vọt một khi ra đời các thế hệ máy tính lượng tử công nghiệp. Ở các nước không có tiềm lực kinh tế cao, thích hợp hơn cả để bắt kịp với các nghiên cứu cơ bản trong lĩnh vực này là phát triển các công cụ mô phỏng dựa trên hệ máy tính truyền thống để tìm hiểu, kiểm chứng và nghiên cứu các thuật toán, mạch lượng tử.

Để đóng góp cho việc dây dựng bộ công cụ hỗ trợ của một trung tâm nghiên cứu khoa học về các thuật toán và mạch lượng tử, trong công trình này chúng tôi trình bày việc xây dựng một chương trình khép kín hỗ trợ việc thiết kế mạch lượng tử và thực thi chúng trên máy ảo là môi trường SQL Server. Về logic, chương trình được chia thành hai hệ thống nhỏ là hệ thống thiết kế mạch và hệ thống thực thi (mô phỏng) các mạch đó trên máy ảo. Hệ thống thiết kế mạch cung cấp những chức năng tiện lợi, dễ dàng cho người sử dụng trong việc thiết kế các mạch lượng tử như kéo, thả đồ họa trực quan, ... Hệ thống mô phỏng sử dụng môi trường SQL Server nhằm tận dụng khả năng tuyệt vời của nó về lưu trữ, xử lí dữ liệu, đặc biệt là khả năng xử lí thông tin theo nhóm rất phù hợp với bản chất của các cổng lượng tử. Hai hệ thống này giao tiếp với nhau thông qua ngôn ngữ được nhóm thiết kế dựa theo chuẩn XML. được gọi là QuML (Quantum Marked up Language). Ngôn ngữ này có tính cấu trúc cao, dễ hiểu đối với người sử dụng, dễ dàng mở rộng và đặc biệt là khả năng mô tả những mạch có cấu trúc phức tạp. Do tính độc lập logic cao giữa các thành phần trong thiết kế, chương trình có khả năng dễ dàng mở rộng để phát triển cho các môi trường tính toán song song, dữ liệu phân tán, hoặc có thể sử dụng hệ quản trị dữ liệu khác phù hợp cho các môi trường tính toán với khối lượng dữ liệu rất lớn như Oracle…,và các hệ thống tính toán chuyên dụng như: grid computing, PC – Cluster, …để tăng khả năng về tốc độ và qui mô mô phỏng. Bên cạnh đó tính đúng đắn của các thuật toán mô phỏng cũng được chứng minh chặt chẽ về mặt toán học trong công trình này.

Mục lục

Tóm tắt công trình .. 1

Mục lục .... 2

Chương 1. Tính toán lượng tử và vấn đề mô phỏng trên máy tính truyền thống ... 3

1.1. Sơ bộ.3

1.2. Hướng giải quyết .4

1.3. Các khái niệm cơ bản về mạch lượng tử và tính toán lượng tử.5

1.4. Lựa chọn giải pháp cho Visual Quantum Studio (VQS) ..8

Chương 2. Ngôn ngữ SQL và sự tương thích với mô hình tính toán lượng tử 10

2.1. Ngôn ngữ SQL...10

2.2. Sự tương thích chặt chẽ giữa SQL và tính toán lượng tử....10

2.3. Mô phỏng tính toán lượng tử bởi SQL Server .11

2.4. Định lý cơ bản về tính đúng đắn của phép mô phỏng ....12

2.5. Mô phỏng một số cổng lượng tử phổ dụng ..19

Chương 3. Ngôn ngữ QuML và kiến trúc hệ thống Visual Quantum Studio (VQS) . 21

3.1. Kiến trúc hệ thống Visual Quantum Studio 21

3.2. Hệ thống giao diện đồ họa ....21

3.3. Ngôn ngữ mô tả mạch lượng tử QuML (Quantum Marked up Language) ....22

3.4. Máy ảo thực hịên tính toán lượng tử bởi SQL Server ....29

Kết luận chung...... 30

Tài liệu tham khảo 31

Phụ lục. GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH . 32