Υλοποίηση κβαντικών κυκλωμάτων άθροισης στο περιβάλλον επεξεργαστών της ΙΒΜ-Q με 5 qubits
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τον σχεδιασμό, τη προσομοίωση και υλοποίηση κβαντικών αθροιστών στους κβαντικούς επεξεργαστές της IBM των πέντε qubits. Ο σχεδιασμός έγινε με τις βιβλιοθήκες κβαντικών πυλών ΝCV και Clifford+T. Η προσομοίωση και η υλοποίηση έγιναν στην Clifford+T βιβλιοθή...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2019
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/12547 |
| id |
nemertes-10889-12547 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nemertes-10889-125472022-09-05T11:17:19Z Υλοποίηση κβαντικών κυκλωμάτων άθροισης στο περιβάλλον επεξεργαστών της ΙΒΜ-Q με 5 qubits Implementation of quantum adders circuits in the IBM-Q processors environment with 5 qubits Καλομιτσίνης, Κωνσταντίνος Αναστόπουλος, Χάρης Χρηστίδης, Χρήστος Αναστόπουλος, Χάρης Φακής, Μιχάλης Χρηστίδης, Χρήστος Calomitsinis, Constantinos Αθροιστές Κβαντοδυφία ΙΒΜ-Q Quantum processors Adders 621.391 Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τον σχεδιασμό, τη προσομοίωση και υλοποίηση κβαντικών αθροιστών στους κβαντικούς επεξεργαστές της IBM των πέντε qubits. Ο σχεδιασμός έγινε με τις βιβλιοθήκες κβαντικών πυλών ΝCV και Clifford+T. Η προσομοίωση και η υλοποίηση έγιναν στην Clifford+T βιβλιοθήκη. Στο πρώτο κεφάλαιο εισάγονται οι βασικές έννοιες των κβαντικών υπολογισμών, ο μαθηματικός φορμαλισμός, το στοιχείο της κβαντικής πληροφορίας (qubit), ο τελεστής πυκνότητας, η χρονική εξέλιξη ενός κβαντικού συστήματος, οι κβαντικοί καταχωρητές, οι κβαντικές βιβλιοθήκες, οι μετρικές κβαντικών κυκλωμάτων, οι υπολογιστικές δομές κλασσικών και κβαντικών πληροφοριών και οι μετρικές ομοιότητας των qubits. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύονται τα βασικά κβαντικά κυκλώματα για την άθροιση, εισάγοντας όλες τις πρότυπες αναπαραστάσεις τους, τον πίνακα αλήθειας, τον πίνακα λειτουργίας, το δυαδικό διάγραμμα απόφασης, το κβαντικό πλειότιμο διάγραμμα απόφασης και την χαρακτηριστική συνάρτηση εισόδου-εξόδου. Ακολουθεί η σύνθεση κβαντικών αθροιστών με μεταθέσεις στον πίνακα αλήθειας, χρησιμοποιώντας τις βιβλιοθήκες κβαντικών πυλών NCV και Clifford+T. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι βασικές έννοιες των υπεραγώγιμων qubits που χρησιμοποιούνται από την IBMQ. Κατόπιν εισάγονται οι γράφοι των πυλών CNOTs σε κβαντικούς αθροιστές για τη βελτιστοποίηση των κυκλωμάτων αθροιστή στον κβαντικό επεξεργαστή των 5 qubit της IBMQ. Ακολουθεί η παρουσίαση των αποτελεσμάτων εξομοίωσης και υλοποίησης των κβαντικών αθροιστών. Τα αποτελέσματα των υπολογισμών άθροισης δείχνουν εξάρτηση από τον σχεδιασμό των κβαντικών κυκλωμάτων στον κβαντικό επεξεργαστή ibmqx4 της IBM. This Msc diploma thesis examines issues that concern the design, simulation and execution of quantum adder circuits in quantum processors of IBMQ with five qubits. These circuits have been constructed by using the standard libraries NCV and Clifford+T. Their simulation and execution has been performed in the Clifford+T library of quantum gates. The first chapter introduces the basic concepts of quantum computations: the mathematical formalism, the representation of qubits, the density operator and density matrix, the time evolution of a quantum system, quantum registers, quantum libraries, elements about classical and quantum information, the metric for quantum circuits and similarity metrics of qubits as well. The second chapter presents the analysis of basic quantum circuits for addition, including: truth tables, function tables, binary decision diagrams, quantum multivalued decision diagrams and their characteristic input-output function. The construction of quantum adders was performed, at first, with a method of applying permutations in the truth tables of the circuits and, second, by applying transformation of gates from NCV library to equivalent circuits in Clifford+T library. The third chapter introduces the basic concepts of superconducting qubits that are used by IBMQ. The topology of CNOT graphs has been used to optimize the design of each adder circuit according to devise topography of qubits in the ibmqx4 quantum processor. A comparison between results obtained from simulation and actual calculation of quantum adder circuits is presented, and the true functionality of PFAG and HNG adders is estimated. 2019-09-26T21:18:16Z 2019-09-26T21:18:16Z 2019-06-20 Thesis http://hdl.handle.net/10889/12547 gr 0 application/pdf |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Αθροιστές Κβαντοδυφία ΙΒΜ-Q Quantum processors Adders 621.391 |
| spellingShingle |
Αθροιστές Κβαντοδυφία ΙΒΜ-Q Quantum processors Adders 621.391 Καλομιτσίνης, Κωνσταντίνος Υλοποίηση κβαντικών κυκλωμάτων άθροισης στο περιβάλλον επεξεργαστών της ΙΒΜ-Q με 5 qubits |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τον σχεδιασμό, τη προσομοίωση και υλοποίηση κβαντικών αθροιστών στους κβαντικούς επεξεργαστές της IBM των πέντε qubits. Ο σχεδιασμός έγινε με τις βιβλιοθήκες κβαντικών πυλών ΝCV και Clifford+T. Η προσομοίωση και η υλοποίηση έγιναν στην Clifford+T βιβλιοθήκη. Στο πρώτο κεφάλαιο εισάγονται οι βασικές έννοιες των κβαντικών υπολογισμών, ο μαθηματικός φορμαλισμός, το στοιχείο της κβαντικής πληροφορίας (qubit), ο τελεστής πυκνότητας, η χρονική εξέλιξη ενός κβαντικού συστήματος, οι κβαντικοί καταχωρητές, οι κβαντικές βιβλιοθήκες, οι μετρικές κβαντικών κυκλωμάτων, οι υπολογιστικές δομές κλασσικών και κβαντικών πληροφοριών και οι μετρικές ομοιότητας των qubits. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύονται τα βασικά κβαντικά κυκλώματα για την άθροιση, εισάγοντας όλες τις πρότυπες αναπαραστάσεις τους, τον πίνακα αλήθειας, τον πίνακα λειτουργίας, το δυαδικό διάγραμμα απόφασης, το κβαντικό πλειότιμο διάγραμμα απόφασης και την χαρακτηριστική συνάρτηση εισόδου-εξόδου. Ακολουθεί η σύνθεση κβαντικών αθροιστών με μεταθέσεις στον πίνακα αλήθειας, χρησιμοποιώντας τις βιβλιοθήκες κβαντικών πυλών NCV και Clifford+T. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι βασικές έννοιες των υπεραγώγιμων qubits που χρησιμοποιούνται από την IBMQ. Κατόπιν εισάγονται οι γράφοι των πυλών CNOTs σε κβαντικούς αθροιστές για τη βελτιστοποίηση των κυκλωμάτων αθροιστή στον κβαντικό επεξεργαστή των 5 qubit της IBMQ. Ακολουθεί η παρουσίαση των αποτελεσμάτων εξομοίωσης και υλοποίησης των κβαντικών αθροιστών. Τα αποτελέσματα των υπολογισμών άθροισης δείχνουν εξάρτηση από τον σχεδιασμό των κβαντικών κυκλωμάτων στον κβαντικό επεξεργαστή ibmqx4 της IBM. |
| author2 |
Αναστόπουλος, Χάρης |
| author_facet |
Αναστόπουλος, Χάρης Καλομιτσίνης, Κωνσταντίνος |
| format |
Thesis |
| author |
Καλομιτσίνης, Κωνσταντίνος |
| author_sort |
Καλομιτσίνης, Κωνσταντίνος |
| title |
Υλοποίηση κβαντικών κυκλωμάτων άθροισης στο περιβάλλον επεξεργαστών της ΙΒΜ-Q με 5 qubits |
| title_short |
Υλοποίηση κβαντικών κυκλωμάτων άθροισης στο περιβάλλον επεξεργαστών της ΙΒΜ-Q με 5 qubits |
| title_full |
Υλοποίηση κβαντικών κυκλωμάτων άθροισης στο περιβάλλον επεξεργαστών της ΙΒΜ-Q με 5 qubits |
| title_fullStr |
Υλοποίηση κβαντικών κυκλωμάτων άθροισης στο περιβάλλον επεξεργαστών της ΙΒΜ-Q με 5 qubits |
| title_full_unstemmed |
Υλοποίηση κβαντικών κυκλωμάτων άθροισης στο περιβάλλον επεξεργαστών της ΙΒΜ-Q με 5 qubits |
| title_sort |
υλοποίηση κβαντικών κυκλωμάτων άθροισης στο περιβάλλον επεξεργαστών της ιβμ-q με 5 qubits |
| publishDate |
2019 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/12547 |
| work_keys_str_mv |
AT kalomitsinēskōnstantinos ylopoiēsēkbantikōnkyklōmatōnathroisēsstoperiballonepexergastōntēsibmqme5qubits AT kalomitsinēskōnstantinos implementationofquantumadderscircuitsintheibmqprocessorsenvironmentwith5qubits |
| _version_ |
1771297202775261184 |
