K-КУБІТНИЙ ЦИФРОВИЙ КВАНТОВИЙ КОПРОЦЕСОР НА ПЛІС
Анотація
Показано, що справжні квантові комп'ютери - це аналогові та ймовірнісні комп'ютери і, власне, вони відіграють роль копроцесорів по відношенню до класичних комп'ютерів. Цифровий квантовий копроцесор складається з цифрових кубітів. Кожен цифровий кубіт - це цифровий автомат, зміни стану якого описуються так само, як і зміни стану аналогового кубіта. Цифровий кубіт - це ланцюг цифрових квантових вентилів. Кожен цифровий квантовий вентиль є цифровим вузлом, зміна стану якого описується так само, як і зміни стану аналогового квантового вентиля. Основна відмінність цифрового кубіту та цифрових квантових вентилів від аналогових - це наявність пам’яті (точніше, можливості її введення в їх схеми) та використання її для організації обчислень. Цифровий кубіт без зворотних зв'язків - це цифровий квантовий вентиль, яким можна керувати за допомогою класичного комп’ютера, він являє собою одну сходинку конвеєра з вузлом вимірювання (компаратором), конвеєрними регістром та тригером на виході. Квантове перетворення Фур'є є частиною багатьох квантових алгоритмів, зокрема алгоритму факторизації Шора. Представлено структури цифрових квантових вентилів, цифрових кубітів та цифрового квантового копроцесора, здатного виконувати квантове перетворення Фур'є. Представлено результати квантового перетворення Фур'є, що виконувалося багатокубітним цифровим квантовим копроцесором, реалізованим на одній ПЛІС. Для цього було створено генератор ядер (VHDL-описів) багатокубітних квантових копроцесорів, змодельовано роботу ядер. Моделі були реалізовано в ПЛІС, і було визначено їхні часові та апаратні характеристики. Час виконання одного квантового перетворення Фур'є не залежить від кількості кубітів у цифровому квантовому копроцесорі і є співмірним з часом зміни спіна електрона. Апаратна складність лінійно залежить від кількості кубітів. Із збільшенням кількості кубітів частка правильних результатів квантового перетворення Фур'є зменшується, для 64 кубітів вона складає 1,5 %, зменшення - нелінійне
