Explorando as Possibilidades de Otimização da Simulação de Algoritmos Quânticos no VPE-qGM

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Maron, Adriano Kurz
Data de Publicação: 2013
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPel - Guaiaca
Texto Completo: http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/5479
Resumo: A simulação de algoritmos quânticos a partir de computadores clássicos consiste em uma metodologia de estudo, desenvolvimento e validação que busca complementar a abordagem te orica aplicada nos estágios iniciais de construção dos algoritmos em questão. Entretanto, tal simulação é caracterizada por um elevado custo de processamento e armazenamento, exigindo recursos computacionais em larga escala. Visando a obtenção de soluções para uma simulação mais e ciente, este trabalho propõe uma metodologia de desenvolvimento caracterizada por duas etapas principais: (i) estudo teórico e implementação sequencial das abstrações de Processos Quânticos e Processos Quânticos Parciais de finidos no modelo qGM, visando a redução no consumo de memória associado à transformações quânticas multidimensionais; (ii) implementação paralela dessas abstrações para correspondente execução sobre a arquitetura massivamente paralela das GPUs. Os resultados obtidos neste trabalho contemplam a simulação sequencial de transformações quânticas controladas de até 24 qubits. No âmbito da simulação paralela, transformações Hadamard de até 20 qubits foram simuladas com speedup de 185 sobre uma simulação distribuída com 8 cores, caracterizando uma excelente melhora de desempenho no ambiente VPE-qGM com relação a suas limitações anteriores. Este trabalho estabelece as diretrizes para o desenvolvimento de extensões da biblioteca de simulação do ambiente e das capacidades de simulação paralela para transformações quânticas controladas e operações de medida.
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spelling 2020-05-21T02:17:16Z2020-05-21T02:17:16Z2013-08-22MARON, Adriano Kurz. Explorando as Possibilidades de Otimização da Simulação de Algoritmos Quânticos no VPE-qGM. 2013. 82 f. Dissertação (Mestrado) - { Programa de Pós-Graduação em Computação. Universidade Federal de Pelotas, Pelotas.http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/5479A simulação de algoritmos quânticos a partir de computadores clássicos consiste em uma metodologia de estudo, desenvolvimento e validação que busca complementar a abordagem te orica aplicada nos estágios iniciais de construção dos algoritmos em questão. Entretanto, tal simulação é caracterizada por um elevado custo de processamento e armazenamento, exigindo recursos computacionais em larga escala. Visando a obtenção de soluções para uma simulação mais e ciente, este trabalho propõe uma metodologia de desenvolvimento caracterizada por duas etapas principais: (i) estudo teórico e implementação sequencial das abstrações de Processos Quânticos e Processos Quânticos Parciais de finidos no modelo qGM, visando a redução no consumo de memória associado à transformações quânticas multidimensionais; (ii) implementação paralela dessas abstrações para correspondente execução sobre a arquitetura massivamente paralela das GPUs. Os resultados obtidos neste trabalho contemplam a simulação sequencial de transformações quânticas controladas de até 24 qubits. No âmbito da simulação paralela, transformações Hadamard de até 20 qubits foram simuladas com speedup de 185 sobre uma simulação distribuída com 8 cores, caracterizando uma excelente melhora de desempenho no ambiente VPE-qGM com relação a suas limitações anteriores. Este trabalho estabelece as diretrizes para o desenvolvimento de extensões da biblioteca de simulação do ambiente e das capacidades de simulação paralela para transformações quânticas controladas e operações de medida.The simulation of quantum algorithms using classical computers consists in a methodology for the study, development and validation that aims to complement the theoretical approach applied in the initial stages of the creation of the aforementioned algorithms. However, such simulation is characterized by a high processing and storage costs, often requiring large scale computational resources. In order to provide novel solutions for a more e cient simulation, this work proposes a development methodology de ned by two main steps: (i) the rst comprehends the theoretical studies and sequential implementation of the abstractions corresponding to the Quantum Processes and Quantum Partial Processes de ned in the qGM model, focusing on the reduction of the memory consumption regarding multidimensional quantum transformations; (ii) the second considers the parallel implementation of such abstractions allowing its execution the massive parallel architecture of the GPUs. The results obtained by this work embrace the sequential simulation of controlled transformations up to 24 qubits. In the parallel simulation approach, Hadamard gates up to 20 qubits were simulated with a speedup of 185 over a 8-core distributed simulation, being a signi cant performance improvement in the VPE-qGM environment when comparing with its previous limitations. This work establishes the directions for the next steps of the development of the simulation library of the environment, allowing the extension of the parallel simulation capabilities for controlled quantum gates and measurement operations.porUniversidade Federal de PelotasPrograma de Pós-Graduação em ComputaçãoUFPelBrasilCentro de Desenvolvimento TecnológicoCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOComputaçãoSimulação quântica paralelaProgramação em GPUProcessos quânticosParallel quantum simulationVPE-qGM environmentGPU programmingQuantum processExplorando as Possibilidades de Otimização da Simulação de Algoritmos Quânticos no VPE-qGMExploring the Optimization Possibilities for the Simulation of Quantum Algorithms in the VPE-qGMinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://lattes.cnpq.br/8540449917276105http://lattes.cnpq.br/3283691152621834Pilla, Maurício Limahttp://lattes.cnpq.br/5401660213198750Reiser, Renata Hax SanderMaron, Adriano Kurzinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFPel - Guaiacainstname:Universidade Federal de Pelotas (UFPEL)instacron:UFPELTEXTDissertacao_Adriano_Kurz_Maron.pdf.txtDissertacao_Adriano_Kurz_Maron.pdf.txtExtracted texttext/plain145472http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/5479/6/Dissertacao_Adriano_Kurz_Maron.pdf.txt7e0d4b7eb4d28071e2ccbf714ef5b9b5MD56open accessTHUMBNAILDissertacao_Adriano_Kurz_Maron.pdf.jpgDissertacao_Adriano_Kurz_Maron.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1574http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/5479/7/Dissertacao_Adriano_Kurz_Maron.pdf.jpg68f43bf905167b9a6b218e8e6490b32eMD57open accessORIGINALDissertacao_Adriano_Kurz_Maron.pdfDissertacao_Adriano_Kurz_Maron.pdfapplication/pdf2983609http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/5479/1/Dissertacao_Adriano_Kurz_Maron.pdf3751882ce22e8c2c3b677adb6374a4b9MD51open accessCC-LICENSElicense_urllicense_urltext/plain; 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