ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................................... 4
ГЛАВА 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОРГАНИЗАЦИИ ВЫЧИСЛЕНИЙ
НА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
С КВАНТОВЫМ СОПРОЦЕССОРОМ ...................................................................... 13
1.1 Анализ области высокопроизводительных вычислений
и специализированных вычислительных систем................................................... 13
1.2 Анализ существующих квантовых сопроцессоров и платформ
для реализации квантовых вычислений.................................................................. 18
1.2.1 Ионы в ловушках.......................................................................................... 19
1.2.2 Нейтральные атомы ..................................................................................... 22
1.2.3 Сверхпроводниковые цепи.......................................................................... 27
1.2.4 Примесные спины ........................................................................................ 30
1.2.5 Полупроводниковые структуры ................................................................. 32
1.2.6 Фотонные чипы ............................................................................................ 34
1.2.7 Биологические системы и другие кандидаты для реализации квантового
компьютера ............................................................................................................ 36
1.3 Моделирование квантовых вычислений на классических компьютерах...... 38
1.4 Постановка задачи диссертационного исследования...................................... 41
1.5 Основные результаты и выводы главы 1.......................................................... 45
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОРГАНИЗАЦИИ ВЫЧИСЛЕНИЙ
НА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
С КВАНТОВЫМ СОПРОЦЕССОРОМ ...................................................................... 47
2.1 Особенности вычислений на квантовых сопроцессорах ................................ 47
2.1.1 Квантовая информация................................................................................ 47
2.1.2 Квантовые вычисления................................................................................ 52
2.1.3 Квантовые технологии................................................................................. 54
2.2 Разработка метода формирования потока задач на квантовый сопроцессор 55
2.2.1 Независимые задачи..................................................................................... 56
2.2.2 Зависимые задачи......................................................................................... 67
2.2.3 Регулярные задачи ....................................................................................... 75
2.3 Разработка метода формирования структуры переносимой квантовой
программы.................................................................................................................. 83
2.3.1 Формирование структуры переносимой квантовой программы с учётом
её классической и квантовой частей ................................................................... 83
2.3.2 Квантовые языки программирования ........................................................ 87
3
2.4 Основные результаты и выводы главы 2.......................................................... 89
ГЛАВА 3. ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫЧИСЛЕНИЙ НА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ С КВАНТОВЫМ СОПРОЦЕССОРОМ ...... 91
3.1 Метод организации вычислений на специализированных вычислительных
системах с квантовым сопроцессором.................................................................... 91
3.2 Метод формирования потока задач на квантовый сопроцессор .................... 92
3.2.1 Выполнение независимых задач................................................................. 92
3.2.2 Выполнение зависимых задач с последовательным выполнением ........ 95
3.2.3 Выполнение зависимых задач с параллельным выполнением................ 99
3.2.4 Выполнение регулярных задач ................................................................. 103
3.3 Метод формирования структуры переносимой квантовой программы...... 107
3.4 Основные результаты и выводы главы 3........................................................ 113
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММ ОРГАНИЗАЦИИ ВЫЧИСЛЕНИЙ
НА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
С КВАНТОВЫМИ СОПРОЦЕССОРАМИ .............................................................. 114
4.1 Разработка программных средств для разработки, настройки и выполнения
квантовых программ ............................................................................................... 114
4.1.1 Интерфейсная часть ................................................................................... 116
4.1.2 Веб приложение.......................................................................................... 126
4.1.3 Вычислительная часть ............................................................................... 129
4.2 Оценка эффективности разработанных методов ........................................... 130
4.3 Основные результаты и выводы главы 4........................................................ 137
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 140
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.................................................. 143
ПРИЛОЖЕНИЕ А ....................................................................................................... 156
ПРИЛОЖЕНИЕ Б........................................................................................................ 161
