Simulace a analýza kvantových obvodů
Loading...
Date
Authors
Jobranová, Sára
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií
Abstract
Simulace kvantových obvodů je klíčovým nástrojem pro další výzkum v oblasti kvantové výpočetní techniky, která je velmi perspektivní. Jedná se však o velmi výpočetně náročný problém, a z tohoto důvodu jsou i u moderních nástrojů při simulaci komplexních obvodů z hlediska výkonu značné rezervy. V této práci představíme nový přístup k simulaci kvantových obvodů a nástroj implementovaný na základě tohoto přístupu. Tato technika umožňuje přesnou simulaci a je založena na multi-terminálních binárních rozhodovacích diagramech. Také rozšiřuje standardní proces simulace založené na rozhodovacích diagramech o symbolickou exekuci opakujících se struktur v kvantovém obvodě (např. smyček), kdy se spočítá sémantika jednoho opakování této struktury a neprovádíme tudíž opětovné vyhodnocování hradel. Ukázali jsme, že symbolické provádění smyček výrazně urychluje simulaci a že implementovaný nástroj je nejen konkurenceschopný s ostatními nejmodernějšími simulátory, ale také tyto simulátory pro mnoho kvantových obvodů značně překonává.
Simulation of quantum circuits is a key tool for future advancements in the promising field of quantum computing. Due to the fact that this task is very computationally demanding, the performance of state-of-the-art simulators on more complex circuits is still far from satisfactory. In this thesis, we propose a new approach to simulate quantum circuits and present an implementation based on this approach. Our simulation technique allows for accurate simulation and is based on multi-terminal binary decision diagrams. We extended the usual process of a decision diagram-based simulation by symbolic execution of repeating structures in a quantum circuit (such as loops), where we compute the big-step semantics of this structure and do not re-evaluate the gates. We show that symbolic loop execution significantly accelerates the simulation and that the implemented tool is not only competitive with other state-of-the-art simulators, but also greatly outperforms the state of the art for many quantum circuits.
Simulation of quantum circuits is a key tool for future advancements in the promising field of quantum computing. Due to the fact that this task is very computationally demanding, the performance of state-of-the-art simulators on more complex circuits is still far from satisfactory. In this thesis, we propose a new approach to simulate quantum circuits and present an implementation based on this approach. Our simulation technique allows for accurate simulation and is based on multi-terminal binary decision diagrams. We extended the usual process of a decision diagram-based simulation by symbolic execution of repeating structures in a quantum circuit (such as loops), where we compute the big-step semantics of this structure and do not re-evaluate the gates. We show that symbolic loop execution significantly accelerates the simulation and that the implemented tool is not only competitive with other state-of-the-art simulators, but also greatly outperforms the state of the art for many quantum circuits.
Description
Citation
JOBRANOVÁ, S. Simulace a analýza kvantových obvodů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií. 2024.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Informační technologie
Comittee
doc. RNDr. Milan Češka, Ph.D. (předseda)
Ing. Zbyněk Křivka, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Peter Chudý, Ph.D., MBA (člen)
Ing. Jiří Matoušek, Ph.D. (člen)
Ing. Jaroslav Rozman, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2024-06-10
Defence
Studentka nejprve prezentovala výsledky, kterých dosáhla v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Studentka následně odpověděla na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studentky na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm A.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení