ReDId: simulação de computação quântica baseada em redução e decomposição via Operador Identidade
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Data de Publicação: | 2016 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPel - Guaiaca |
Texto Completo: | http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/8485 |
Resumo: | Um dos maiores obstáculos para a simulação de algoritmos quânticos é o crescimento exponencial das complexidades espaciais e temporais, devido à expansão das transformações e dos estados de leitura/escrita que ocorrem principalmente pelo uso do produto tensor em aplicações multidimensionais. A simulação destes sistemas é muito relevante para desenvolver e testar novos algoritmos quânticos. Para minimizar o problema gerado pela alta complexidade da simulação de algoritmos quânticos, este trabalho apresenta uma nova estratégia denominada ReDId – Quantum Computing Simulation based on Reduction and Decomposition via Identity Operator, provendo otimizações baseadas na redução e decomposição via operador Identidade. Na sequência, o trabalho considera a implementação do algoritmo que faz uso da estratégia ReDId, explorando os componentes VPE-qGM e VirD-GM do ambiente D-GM, para desenvolvimento e de gerenciamento das simulações. Para validação, considera-se a aplicação das otimizações via estratégia ReDId nas simulações de transformações Hadamard de 21 a 28 qubits e de Transformadas de Fourier Quântica de 26 a 28 qubits. Estes algoritmos foram simulados sobre CPU, sequencialmente e em paralelo, e em GPU, mostrando redução da complexidade temporal e, consequentemente, menor tempo de simulação. As otimizações via REDId também foram avaliadas na execução do algoritmo de Shor, considerando neste caso o uso de 2n+3 qubits no algoritmo quântico para cálculo da ordem, simulados até 25 qubits. Ao comparar as implementações executando no mesmo hardware com o simulador LIQUi – Language-Integrated Quantum Operations, na versão disponível pela QuArC – Quantum Architectures and Computation Group da Microsoft Research, o simulador via estratégia ReDId mostrou melhor desempenho, permitindo ainda um significativo incremento no número de qubits das aplicações simuladas. |
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2022-06-13T22:11:47Z2022-06-13T22:11:47Z2016AVILA, Anderson Braga de. ReDId: simulação de computação quântica baseada em redução e decomposição via Operador Identidade. 2016. 60 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) – Programa de Pós-Graduação em Computação, Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2016.http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/8485Um dos maiores obstáculos para a simulação de algoritmos quânticos é o crescimento exponencial das complexidades espaciais e temporais, devido à expansão das transformações e dos estados de leitura/escrita que ocorrem principalmente pelo uso do produto tensor em aplicações multidimensionais. A simulação destes sistemas é muito relevante para desenvolver e testar novos algoritmos quânticos. Para minimizar o problema gerado pela alta complexidade da simulação de algoritmos quânticos, este trabalho apresenta uma nova estratégia denominada ReDId – Quantum Computing Simulation based on Reduction and Decomposition via Identity Operator, provendo otimizações baseadas na redução e decomposição via operador Identidade. Na sequência, o trabalho considera a implementação do algoritmo que faz uso da estratégia ReDId, explorando os componentes VPE-qGM e VirD-GM do ambiente D-GM, para desenvolvimento e de gerenciamento das simulações. Para validação, considera-se a aplicação das otimizações via estratégia ReDId nas simulações de transformações Hadamard de 21 a 28 qubits e de Transformadas de Fourier Quântica de 26 a 28 qubits. Estes algoritmos foram simulados sobre CPU, sequencialmente e em paralelo, e em GPU, mostrando redução da complexidade temporal e, consequentemente, menor tempo de simulação. As otimizações via REDId também foram avaliadas na execução do algoritmo de Shor, considerando neste caso o uso de 2n+3 qubits no algoritmo quântico para cálculo da ordem, simulados até 25 qubits. Ao comparar as implementações executando no mesmo hardware com o simulador LIQUi – Language-Integrated Quantum Operations, na versão disponível pela QuArC – Quantum Architectures and Computation Group da Microsoft Research, o simulador via estratégia ReDId mostrou melhor desempenho, permitindo ainda um significativo incremento no número de qubits das aplicações simuladas.One of the main obstacles for the adoption of quantum algorithm simulation is the exponential increase in temporal and spatial complexities, due to the expansion of transformations and read/write states by using tensor product in multi-dimensional applications. Simulation of these systems is very relevant to develop and test new quantum algorithms. To minimize the problem created by the high complexity of the simulation of quantum algorithms, this paper presents a new strategy named ReDId, which provides optimizations based on the reduction and decomposition via Identity operator. Next, the paper considers the implementation of the algorithm that makes use of the ReDId strategy, exploring the components VPE-qGM and VirD-GM that integrate the D-GM environment. For evaluation, is considered the application of optimization via ReDId strategy in simulations of Hadamard transformations from 21 to 28 qubits and Quantum Fourier Transforms from 26 to 28 qubits. Those algorithms were simulated over CPU, sequentially and in parallel, and in GPU, showing reduced temporal complexity and, consequently, shorter simulation time. Moreover, evaluations of the Shor’s algorithm considering 2n + 3 qubits in the order-finding quantum algorithm were simulated up to 25 qubits. Comparing our implementations running on the same hardware with LIQUi|� - Language-Integrated Quantum Operations, release version by QuArC -Quantum Architectures and Computation Group from Microsoft Research, the simulator via ReDId strategy proved to be faster.Sem bolsaporUniversidade Federal de PelotasPrograma de Pós-Graduação em ComputaçãoUFPelBrasilCentro de Desenvolvimento TecnológicoCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOComputaçãoSimulação de computação quânticaProcessamento paraleloGPUAlgoritmo de ShorQuantum computing simulationParallel processingShor’s algorithmReDId: simulação de computação quântica baseada em redução e decomposição via Operador IdentidadeReDId: quantum computing simulation based on reduction and decomposition via Identity Operatorinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://lattes.cnpq.br/7322314500749887http://lattes.cnpq.br/3283691152621834Pilla, Maurício Limahttp://lattes.cnpq.br/5401660213198750Reiser, Renata Hax SanderAvila, Anderson Braga deinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFPel - Guaiacainstname:Universidade Federal de Pelotas (UFPEL)instacron:UFPELTEXTDissertacao_Anderson_Avila.pdf.txtDissertacao_Anderson_Avila.pdf.txtExtracted texttext/plain102631http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/8485/6/Dissertacao_Anderson_Avila.pdf.txtcb6a7c3ab15b49d19fed7e1c38adfd81MD56open accessTHUMBNAILDissertacao_Anderson_Avila.pdf.jpgDissertacao_Anderson_Avila.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1221http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/8485/7/Dissertacao_Anderson_Avila.pdf.jpg850cc060f8c7982224a4acfe78fe9de1MD57open accessORIGINALDissertacao_Anderson_Avila.pdfDissertacao_Anderson_Avila.pdfapplication/pdf2522417http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/8485/1/Dissertacao_Anderson_Avila.pdfdfabd20c4e5b2e786cba2e7055242139MD51open accessCC-LICENSElicense_urllicense_urltext/plain; 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