Κβαντική βελτιστοποίηση με μηχανική εκμάθηση

• Κύριος συγγραφέας: Φίλιας, Φίλιππος
• Άλλοι συγγραφείς: Filias, Filippos
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2020
• Θέματα: Κβαντικοί υπολογιστές; Κβαντική βελτιστοποίηση; Κβαντικά κυκλώματα; Γενετικοί αλγόριθμοι; Quantum computing; Quantum optimization; Quantum circuits; Genetic algorithm

Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας, οι κλασικοί υπολογιστές φαίνεται να φτάνουν στο όριο τους. Προκειμένου να καλυφθούν οι όλο και αυξανόμενες ανάγκες των ανθρώπων, είναι απαραίτητο να βρεθούν νέοι τρόποι αύξησης της υπολογιστικής ισχύς. Ο Richard Feynman ήταν από τους πρώτους που διαπίστωσε αυτό το φαινόμενο.Πρότεινε λοιπόν μια υπολογιστική διάταξη, η οποία εκμεταλλεύεται τις ιδιότητες της κβαντομηχανικής για την αύξηση της απόδοσης, τους κβαντικούς υπολογιστές. Οι κβαντικοί υπολογιστές εκμεταλλεύονται ιδιότητες όπως η υπέρθεση καταστάσεων, ο εναγκαλισμός, ο κβαντικός παραλληλισμός και η κβαντική παρεμβολή. Αναμένεται να μπορούν να λύσουν προβλήματα που απαιτούν τεράστια μνήμη αρκετά πιο γρήγορα από ένα κλασικό. Παρόλα αυτά, λόγω της περιπλοκότητας της ίδιας της φύσης της κβαντομηχανικής, μόνο λίγοι αλγόριθμοι έχουν βρεθεί οι οποίοι ξεπερνούν σε απόδοση τους αντίστοιχους κλασικούς. Αυτό συμβαίνει διότι δεν είμαστε σε θέση ακόμη να κατασκευάσουμε αποδοτικά κβαντικά κυκλώματα.Τα κβαντικά κυκλώματα αποτελούνται από πύλες οι οποίες δρούν στα qubits, μετασχηματίζοντας την κατάσταση του συστήματος, έως ότου φτάσουμε στο τελικό αποτέλεσμα. Η επιλογή όμως των πυλών που θα χρησιμοποιηθούν δεν είναι πάντα προφανής.Για αυτό το λόγο, απαιτείται μια μέθοδος εύρεσης αποδοτικών κυκλωμάτων, τα οποία θα είναι όσο πιο απλά και μικρά σε βάθος γίνεται. Στην παρούσα διπλωματική, αναπτύχθηκε Γενετικός Αλγόριθμος (ΓΑ) όπου εισάγοντας τον μοναδιαίο πίνακα της μοναδιαίας αναπαράστασης την οποία θέλουμε να προσεγγίσουμε, μας δημιουργεί το αντίστοιχο κύκλωμα. Ξεκινά δημιουργώντας ένα πληθυσμό από πιθανές λύσεις (κβαντικά κυκλώματα) και με τη δράση των φυσικών τελεστών συγκλίνουν όσο το δυνατόν περισσότερο στο βέλτιστο αποτέλεσμα. Στη συνέχεια, έγινε ανάλυση των τελικών αποτελεσμάτων, βελτιστοποιώντας τα τελικά κυκλώματα.