Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Kryptografia kwantowa, BB84 : algorytm dystrybucji klucza szyfrującego

Kałat Włodzimierz

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 10

8--14

PL

W artykule przedstawiono podstawowe pojęcia dotyczące dzia łania komputerów kwantowych i ich użycie do celów kryptogra fii kwantowej. W szczególności skupiono uwagę na algorytmie BB84 wymiany klucza szyfrującego pomiędzy partnerami, który zapewnia pełną tajność a także zdolność wykrycia ewentualnego podsłuchu.

EN

The article presents the basic concepts of the operation of quantum computers and their use for the purposes of quan tum cryptography. In particular, attention was focused on the BB84 algorithm for exchanging the encryption key between partners, which ensures full secrecy and the ability to detect a possible eavesdropping.

2

Teleinformatyka kwantowa

Romaniuk Ryszard S.

Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne

|

2022

|

nr 5

654--665

PL

Technologia kwantowa jest obszarem coraz skuteczniej funkcjonalizującym zjawiska mechaniki kwantowej, nie tylko jak to robiono dotychczas z sukcesem, czyli głównie poprzez inżynierię przerwy zabronionej. Epoka Quantum-1 dała nam układy scalone, lasery, czujniki, komputery, informatykę, telekomunikację światłowodową i satelitarną. W wielu obszarach Quantum-1 doszliśmy, lub za jakiś czas dojdziemy, do granic technologicznych. Świat naukowy zauważył możliwość dalszego, nie ewolucyjnego, ale skokowego rozwoju wymienionych technologii poprzez zmianę epoki na coś co dzisiaj nazywamy Quantum 2. Quantum 2 nie bazuje na przerwie zabronionej tak jak Quantum 1, ale usiłuje dowolnie manipulować pojedynczym izolowanym, a także grupą skorelowanych układów kwantowych. Za taką datę narodzin Quantum 2 uznaje się odkrycie przez Johna Stewarda Bella w 1964 roku nierówności i sformułowanie na jej podstawie prawa dotyczącego ścisłej granicy nielokalności kwantowej w układzie dwustronnym, lub jak dzisiaj mówimy dowodu splątania między Alicją i Bobem. J.S.Bell przedstawił możliwość prostej i ścisłej eksperymentalnej weryfikacji paradoksu EPR z roku 1934 poprzez statystyczny pomiar korelacji kwantowych. Nie od razu skonsumowano to genialne odkrycie. Pierwszy prosty eksperyment weryfikacyjny prawdziwość naruszenie nierówności wykonał zespół Johna Clausera w r. 1979 na podstawie wyprowadzonej w roku 1969 nierówności klasy Bella - CHSH. Pełny eksperyment, jednak bez unikania większości luk pomiarowych, wykonał po raz pierwszy zespół Alaina Aspecta w roku 1982. Zespół Antona Zeilingera wykonał wiele testów Bella także w skali kosmicznej, pokazał pierwszy teleportację kwantową i możliwość manipulacji splątaniem poprzez jego przełączanie między kubitami. Clauser, Aspect i Zeilinger otrzymali nagrodę Nobla z fizyki za te osiągnięcia w roku 2022. Stanowią one bramę wejściową do epoki Quantum 2 i podstawę rozwoju informacyjnych technologii kwantowych na fizycznej platformie fotoniki kwantowej.

EN

Quantum technology is an area that is increasingly functionalizing the phenomena of quantum mechanics, not only as it has been successfully done so far, i.e. mainly through the forbidden gap engineering. The Quantum-1 era gave us integrated circuits, lasers, sensors, computers, IT, fiber optic and satellite telecommunications. In many areas of Quantum-1, we have reached or will come to technological limits in some time. The scientific world has noticed the possibility of a further, not evolutionary, but leapfrog development of these technologies by changing the epoch to what we now call Quantum-2. Quantum-2 is not based on a forbidden band like Quantum-1, but tries to arbitrarily manipulate a single isolated as well as a group of correlated quantum systems. The birth date of Quantum-2 is considered to be the discovery by John Steward Bell in 1964 of inequality and the formulation of a law on the strict limit of quantum nonlocality in a bilateral system, or as we speak today, the proof of entanglement between Alice and Bob. J.S.Bell presented the possibility of a simple and strict experimental verification of the EPR paradox from 1934 through the statistical measurement of quantum correlations. This brilliant discovery was not immediately consumed. The first simple experiment to verify the truth of the inequality was performed by John Clauser’s team in 1979 on the basis of the Bell-class CHSH inequality derived in 1969. The full experiment, but without avoiding all measurement loopholes, was first performed by Alain Aspect’s team in 1982. Anton Zeilinger’s team performed many Bell tests also on a cosmic scale, showed the first quantum teleportation and the possibility of manipulating entanglement by switching between qubits. Clauser, Aspect and Zeilinger were awarded the Nobel Prize in Physics for these achievements in 2022. They are the gateway to the Quantum-2 era and the basis for the development of quantum information technologies on the physical quantum photonics platform.

3

Podstawy teoretyczne obliczeń kwantowych

Kuczerski Tomasz, Dyszyński Michał

Problemy Techniki Uzbrojenia

|

2021

|

R. 50, z. 158

7--38

PL

Opracowanie zawiera podstawowe informacje z dziedziny fizyki kwantowej potrzebne do zrozumienia zasad działania komputerów kwantowych i obliczeń kwantowych. Wyjaśnia od podstaw zagadnienia takie jak jednostka informacji kwantowej - kubit oraz sfera Blocha. Celem tego opracowania jest wprowadzenie do świata informatyki kwantowej osób nie będących fizykami kwantowymi, które planują zastosowanie algorytmów kwantowych w swoich badaniach naukowych

EN

The paper includes basic information over the domain of quantum physics needed to understand basic principles of calculations and operations with the use of quantum computers. Questions of the unit of quantum information – qubit, and the Bloch’s zone are thoroughly explained. The paper is aimed to be an introduction into the world of quantum IT for persons beyond the quantum physics who want to use the quantum algorithms for their scientific researches.

4

Superpozycja, koherencja, interferencja i splątanie kwantowe

Romaniuk Ryszard

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2021

|

Vol. 62, nr 8

23--30

PL

Superpozycja kwantowa jest fundamentalną zasadą mechaniki kwantowej a w informacyjnych technikach kwantowych jest fundamentalną przestrzenią istnienia kubitu, np. dwupoziomowego energetycznie, i jego ogólniejszej formy, wielopoziomowego energetycznie, kuditu. Dwa podstawowe/bazowe/czyste stany kwantowe kubitu mogą być dodane do siebie, nałożone, superponowane, współistnieć jednocześnie i rezultatem jest inny stan kwantowy tego kubitu. Każdy stan kwantowy kubitu może być reprezentowany jako suma dwóch różnych stanów kwantowych. Każdy stan kwantowy kuditu może być reprezentowany jako suma wielu różnych stanów kwantowych. Koherencja jest zasadniczą kategorią aby kubit był w stanie superpozycji. Koherencja kwantowa (i związana z nią interferencja) oraz splątanie są w pewnym sensie wspólnie zakorzenione w zasadzie superpozycji kwantowej. Koherencja i splątanie kwantowe są kategoriami zasobowo i operacyjnie pokrewnymi choć konceptualnie i ideologicznie odmiennymi. Zasobowe ujęcie tych kategorii stosuje wymienne miary ilościowe i jakościowe, pozwalające na analogiczną ocenę możliwości funkcjonalnych kwantowych systemów obliczeniowych i metrologicznych pozostających w stanie superpozycji, poprzez zgromadzone w nich zasoby koherencji i/lub splątania. Superpozycja kwantowa jest rodzajem fundamentu, na którym mierzalne ilościowo i jakościowo zasoby w postaci koherencji i splątania umożliwiają budowę technologii kwantowych i aplikacji. Miar tych zasobów kwantowych, prostszych dla stanów bazowych, bardziej złożonych dla stanów mieszanych, jest wiele określających je z różnych stron funkcjonalnych. Dla kwantowych stanów mieszanych definiowane są także inne miary jak np. niezgoda (discord) kwantowa.

EN

Quantum superposition is a fundamental principle of quantum mechanics, and in quantum information techniques it is the fundamental space for the existence of a qubit, two-level energy quantum system, and its more general form, multi-level energy quantum system, a qudit. Two fundamental / basis / pure quantum states of a qubit can be added together, superposed, coexist simultaneously, and the result is a different quantum state of this qubit. Each quantum state of a qubit can be represented as the sum of two different quantum states. Each qudit quantum state can be represented as the sum of many different quantum states. Coherence is an essential category for a qubit to be in superposition. Quantum coherence (and the associated interference) and entanglement are, in a sense, co-rooted in the principle of quantum superposition. Coherence and quantum entanglement are categories in terms of resources and operationally related, although conceptually and ideologically different. The resource approach to these categories uses interchangeable quantitative and qualitative measures, allowing for an analogous assessment of the functional capabilities of quantum computational and metrological systems remaining in a state of superposition, through the resources of coherence and entanglement stored in them. Quantum superposition is a kind of a basement foundation, on which measurable qualitatively and quantitatively resources like coherence and entanglement enable building quantum technologies and applications. There are numerable measures for these quantum resources, simpler for pure quantum states and more complex for mixed states. These measures see the resources from different functional states. There are defined other measures especially for mixed quantum states like the quantum discord.

5

Quantum 2.0

Romaniuk Ryszard

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2021

|

Vol. 62, nr 2

3--11

PL

Pod pojęciem technika kwantowa a w tym fotonika kwantowa rozumiemy tutaj elementy i układy, oraz metody i konstrukcje wykorzystywane w informacyjnych technologiach kwantowych nazywanych w literaturze dumnie i chyba jeszcze nieco na wyrost epoką Quantum 2.0. Niektóre z produktów epoki Q 2.0 są już na rynku. Można zamówić i kupić kwantowy grawimetr absolutny, kwantowy fotoniczny zegar atomowy dokładniejszy o co najmniej rząd wielkości od fontanny cezowej, a także można sobie samemu zbudować z dostępnych na rynku elementów swój komputer kwantowy elementarnej klasy NISQ. Elektronika testowa i kwantowe środowisko programistyczne ARTIQ i SINARA kosztują relatywnie niewiele, bo w wersji podstawowej zaledwie kilkanaście tysięcy Euro. Znacznie droższe jest serce kwantowe komputera NISQ w postaci np. zestawu pułapek jonowych wymagających krio-chłodzenia i precyzyjnego sterowania laserowego. Alternatywnie do obliczeń można także skorzystać z chmury kwantowej oferowanej publicznie przez niektóre największe firmy informatyczne. Fotonika kwantowa jest stosowana w niemal wszystkich rozwiązaniach informacyjnych technologii kwantowych. Wymaga specjalnego rodzaju źródeł i detektorów promieniowania optycznego, jednoczęstotliwościowych i jednofotonowych, splątujących fotony, generujących kubity, modulatorów, funkcjonalnych elementów nieliniowych jak kowerterów częstotliwości, fotonicznych układów scalonych, sprzęgaczy, światłowodów jednopolaryzacyjnych itp. W pewnej części rozwiązań można stosować klasyczne komponenty fotoniczne dla wysokiej jakości telekomunikacji światłowodowej. Artykuł opracowano głównie na podstawie raportu OSA-OIDA.

EN

By quantum technology, including quantum photonics, we understand here components and systems, as well as methods and constructions used in quantum information technologies, which in literature are called proudly, and perhaps even slightly exaggerated, the era of Quantum 2.0. Some of the Q 2.0 era products are already on the market. You can order and buy an absolute quantum gravimeter, a quantum photonic atomic clock more accurate at least an order of magnitude than a Caesium fountain, and you can also build your own elementary NISQ quantum computer from the components available on the market. Test electronics and quantum programming environment ARTIQ and SINARA cost relatively little, because in the basic version only several thousand Euro. The quantum heart of the NISQ computer is much more expensive, e.g. a set of ion traps that require cryo-cooling and precise laser control. Alternatively, you can also take advantage of the quantum cloud offered to the public by some of the largest IT companies. Quantum photonics is used in almost all information solutions of quantum technologies. It requires a special type of optical radiation sources and detectors, single-frequency and singlephoton, photon entangling, generating qubits, modulators, functional non-linear elements such as frequency converters, photonic integrated circuits, couplers, single-polarizing optical fibers, etc. Some quantum applications may use standard photonic components for high quality fiber optic communications. The paper was prepared using mainly OSA-OIDA report.

6

Kubit logiczny

Romaniuk Ryszard

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2021

|

Vol. 62, nr 11

23--30

PL

Kubit logiczny jest układem kwantowym rzeczywistym lub przeważnie wirtualnym, programistycznym realizującym funkcje pojedynczego kubitu fizycznego. Składa się zazwyczaj z wielu lub bardzo wielu kubitów fizycznych, lub pojedynczych modeli/ symboli kubitów fizycznych. W idealnym bramkowym układzie kwantowym, w zasadzie, kubit logiczny mógłby być niepotrzebny. Wszystkie operacje kwantowe mogą być wykonywane przez układ bramek jednokubitowych Pauliego X, Y, Z, I, oraz H i dwukubitowych np. H-I, CX, CZ SWAP. Bramki wielokubitowe, np. CCX Toffoli, itp., mogą być wprowadzane w celu redukcji topologii układu i skrócenia długości łączących bramki drutów kwantowych. Sprzętowo i programistycznie redundancyjny kubit logiczny jest wprowadzany jako konieczny obecnie etap pośredni idealizujący, ale tylko do pewnego stopnia, zaszumione kubity fizyczne i ich nieidealne warunki pracy. Kubity logiczne mogą być wygodne do budowy oprogramowania kwantowego na poziomie logicznym, middleware, optymalizacji topologii i funkcjonalności bramkowych układów kwantowych, mitygacji błędów kwantowych, wirtualizacji układów/sieci kwantowych. Kosztem wprowadzenia kubitów logicznych jest zwiększone zużycie zasobów. Kubity logiczne są używane i praktycznie, i teoretycznie w układach komputingu kwantowego. W budowie przyszłego uniwersalnego komputera kwantowego UQC kubity logiczne i kwantowe bramki logiczne wydają się być niezastąpione.

EN

A logical qubit is a real or virtual, software-based quantum system that performs the functions of a single physical qubit. It usually consists of many or large number of physical qubits, or single models/symbols of physical qubits. In an ideal quantum gate system, in principle, a logical qubit might be unnecessary. All quantum operations can be performed by a system of single-qubit and double-qubit gates, eg CX and I-H. Multi-qubit gates, eg CCX, Toffoli, etc., can be introduced to reduce the topology of the system and shorten the length of the quantum wires connecting the gates. Hardware and software redundant logical qubits are being introduced as the now necessary intermediate step, idealizing, but only to a certain extent, noisy physical qubits and their imperfect working conditions/environment. Logical qubits can be convenient for building quantum software at the logical level, optimizing the topology and functionality of quantum gate systems, mitigating quantum errors, and virtualizing quantum systems/networks. The cost of introducing logical qubits is increased resource consumption. Logical qubits are used practically and theoretically in quantum computing circuits. In future universal quantum computers UQC the logical qubits seem to be indispensable.

7

Informacyjne technologie kwantowe

Romaniuk Ryszard

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2021

|

Vol. 62, nr 1

4--10

PL

Informacja kwantowa, której jednostką elementarną jest kubit, jest zawarta w skwantowanym, dyskretnym stanie układu kwantowego. Od informacji klasycznej odróżnia ją charakter probabilistyczny oraz możliwość zakodowania w nielokalnych związkach pomiędzy układami kwantowymi. Kwantowe związki nielokalne, będące powszechną właściwością wszechświata, nazywamy stanami splątanymi. Układ kwantowy jest obiektem podlegającym mechanice kwantowej i jest ograniczony rozmiarowo do skali atomowej. Kubit jest dowolną superpozycją dwóch stanów kwantowych oznaczanych jako |0> i |1>. Odczytując wartość kubitu uzyskuje się z pewnym prawdopodobieństwem wartość 0 lub 1. Nie można przewidzieć która wartość zostanie odczytana. Stan układu kwantowego jest nietrwały, ograniczony przez czas dekoherencji. Czas ten, zdeterminowany szumem i właściwościami układu odczytu, ogranicza skalowalność technologii kwantowych. Kubitem są np. elektron i jego dwuwartościowy spin, foton i jego dwuwartościowy stan polaryzacji, jon z odpowiednio wybranymi dwoma poziomami energetycznymi, ale też molekuły posiadające spin, oscylatory kwantowe czy kwazicząstki. Rejestr kwantowy jest uporządkowanym układem kubitów. Z kubitów i ich układów buduje się logiczne bramki kwantowe. Z kubitów, bramek kwantowych i układów kontrolno- sterujących buduje się systemy kwantowe: komputery, zegary, czujniki, systemy pomiarowe, urządzenia, grawimetry, akcelerometry i wiele innych. Do kontroli kubitów potrzeba jest zaawansowana fotonika, ultrastabilne przestrajalne lasery jednoczęstotliwościowe oraz zaawansowana, najlepiej standaryzowana elektronika.

EN

Quantum information, the unit of which is a qubit, is contained in a quantized, discrete state of a quantum system. What distinguishes it from classical information is its probabilistic nature and the possibility of coding it in non-local relationships between quantum systems. Quantum nonlocal relationships, a common feature of the universe, are called entangled states. A quantum system is an object subject to quantum mechanics and is limited in size to the atomic scale. A qubit is an arbitrary superposition of two quantum states marked as |0> and |1>. When you read the value of a qubit, you get a value of 0 or 1 with some probability. You cannot predict which value will be read. The state of the quantum system is unstable, limited by the time of decoherence. This time, determined by noise and properties of the readout system, limits the scalability of quantum technologies. The qubit is an electron and its bivalent spin, a photon and its bivalent polarization state, an ion with two suitably selected energy levels, but also molecules with spin, quantum oscillators or quasiparticles. A quantum register is an ordered system of qubits. Logical quantum gates are built from qubits and their systems. Quantum systems are built from qubits, quantum gates and measurement and control systems: computers, clocks, sensors, measuring systems, devices, gravimeters, accelerometers, and many others. To control qubits, you need advanced photonics, ultra-stable tuneable single-frequency lasers, and advanced, preferably standardized electronics.

8

Dekoherencja kwantowa

Romaniuk Ryszard

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2021

|

Vol. 62, nr 10

18--25

PL

Artykuł jest kolejną częścią dydaktycznego cyklu swobodnych popularnych esejów na temat informacyjnych technologii kwantowych. Cykl tematyczny ITK został rozpoczęty w styczniowym zeszycie Elektroniki 1/2021 i pokrywał się z prowadzonymi przez autora wykładami dla doktorantów na ten temat na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej. Dekoherencja kwantowa jest nietrywialnym i złożonym procesem przejścia przez niedokładnie znaną granicę między światami kwantowym i klasycznym. Niedokładność wiedzy o tej granicy dotyczy jej położenia, rozmycia w kwantowej i klasycznej przestrzeniach fazowych, wymiarów obszaru przejściowego, właściwości fizycznych, zakresu obowiązywania praw obu światów w pobliżu tej granicy, różnorodności kanałów przechodzenia granicy, zadziwiającej selektywności i wybiórczości (nazywanej superselekcją/nadwyborem) dekoherencyjnych sprzężeń różnych stanów obiektu kwantowego (tutaj kubitu) z przestrzenią termodynamiczną, itp. Ta granica musi pozostać rozmyta, bo prawa prawdopodobieństwa i znajomość stanów są różne po obu jej stronach. Kubit przechodząc proces dekoherencji podlega wymienionym zjawiskom w obszarze granicznym zależnie od właściwości kanałów dekoherencji które go dotyczą. Ogólnie kanały dekoherencji są związane z nieuchronnym sprzężeniem kubitu ze światem makroskopowym, nazywanym tutaj klasycznym lub przestrzenią termodynamiczną. Kanałami dekoherencji są zakłócenia i szumy kwantowe. W komputingu kwantowym stan kubitu mierzymy po wykonaniu cyklu obliczeń kwantowych. Sprzęt pomiarowy i proces pomiaru są kanałami dekoherencji. Pomiar jest procesem gwałtownym i nieodwracalnym transformującym kwantowy kubit do świata klasycznego. W czasie obliczeń może dochodzić do częściowej dekoherencji stanu kubitu. Może to być proces odwracalny metodami kwantowymi.

EN

This article is the next part of a didactic series of popular essays on quantum information technology. The QIT thematic cycle was started in the January issue of Electronics monthly Journal and coincided with the author’s lectures on this topic for PhD students at the Faculty of Electronics and Information Technology of the Warsaw University of Technology. Quantum decoherence is a non-trivial and complex process of passing through an inaccurately known boundary between the quantum and classical worlds. The inaccuracy of knowledge about this border concerns its location, blurring in quantum and classical phase spaces, dimensions of the transition region, physical properties, the scope of the laws of both worlds near this border, the diversity of the border crossing channels, astonishing selectivity of decoherence couplings (superselection) between different quantum states of quantum object (qubit) with thermodynamic space, etc. This border must remain blurred and fuzzy because the laws of probability and knowledge of the states are different on both sides. The qubit undergoing the process of decoherence is subject to the above-mentioned phenomena in the border area depending on the properties of the decoherence channels that concern it. Generally, the decoherence channels are associated with the inevitable coupling of the qubit with the macroscopic world, hereinafter referred to as the classical, macroscopic, or thermodynamic space. The channels of decoherence are interference and quantum noise. In quantum computing, the state of a qubit is measured after the cycle of quantum computations. The measurement equipment and the measurement process are channels of decoherence. Measurement is a violent and irreversible process transferring the qubit to the classical world. During the calculations, there may be a partial decoherence of the qubit state. It could be a process that can be reversed by quantum methods.

9

Bramki kwantowe

Romaniuk Ryszard

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2021

|

Vol. 62, nr 12

17--25

PL

Bramka kwantowa jest elementarnym układem logicznym działającym na niewielkiej liczbie kubitów, typowo jednym, dwóch, trzech, czasami na rejestrze kubitów (kubajt). Bramki kwantowe są stosowane w modelu obliczeniowym bazującym na układach kwantowych, w pewnym sensie analogicznych do układów elektronicznych. Niektóre bramki klasyczne posiadają kwantowe bramki ekwiwalentne. W takim przypadku te bramki kwantowe posiadają klasyczne tabele prawdy, np. bramka Toffoli. Układy kwantowe mogą wykonać wszystkie operacje układów klasycznych, ale nie odwrotnie. Bramki kwantowe są opisane operatorami macierzowymi odwracalnymi i unitarnymi. Podstawowe bramki kwantowe mają operatory indempotentne i inwolucyjne (samo-odwracalne), inaczej hermitowskie. Podstawę możliwości wykorzystania idealnych logicznych bramek kwantowych do budowy efektywnego systemu obliczeniowego stanowią ścisłe dowody realizowalności niedeterministycznej kwantowej maszyny Turinga, twierdzenia o istnieniu skończonego uniwersalnego zbioru bramek kwantowych pozwalającego na budowę takiej maszyny (twierdzenie Solovaya-Kitayeva), twierdzeniu o możliwości symulacji uniwersalnego zbioru bramek przez probabilistyczną maszynę Turinga (twierdzenie Gottesmanna-Knillla), itp. W artykule dokonano przeglądu uniwersalnego zbioru bramek kwantowych, w tym grupy Clifforda/Pauliego, wraz z uwarunkowaniami ich stosowalności do budowy funkcjonalnych obliczeniowych układów kwantowych.

EN

A quantum gate is an elementary logic circuit that operates on a small number of qubits, typically one, two, three, and sometimes on a qubit register (qubyte). Quantum gates are used in a computational model based on quantum systems, somewhat analogous to electronic systems. Some classical gates have quantum equivalent gates. In such a case, these quantum gates have classic truth tables, e.g., the Toffoli gate. Quantum systems can perform all the operations of classical systems, but not the other way around. Quantum gates are described by reverse and unitary matrix operators. Basic quantum gates have idempotent and involution operators, and they are Hermitian. The basis for the possibility of using ideal logical quantum gates to build an effective computational system are the strict proofs of the feasibility of a nondeterministic Turing quantum machine, theorems about the existence of a finite universal set of quantum gates allowing for the construction of such a machine (Solovay-Kitayev theorem), theorem about the possibility of simulating a universal set of gates by probabilistic Turing machine (Gottesmann-Knill theorem), etc. The article reviews the universal set of quantum gates, including Clifford/Pauli group, along with the conditions of their applicability to the construction of functional computing quantum systems.

10

Algorytmy NISQ

Romaniuk Ryszard

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2021

|

Vol. 62, nr 6

5--13

PL

NISQ (Noisy Intermediate Scale Quantum Technology) jest obecnie rozwijaną ze znacznymi sukcesami aplikacyjnymi technologią budowy kwantowych urządzeń/procesorów obliczeniowych. NISQ jest odmienny od uniwersalnego komputera kwantowego UQC. Urządzenie NISQ zawiera rdzeń kwantowy w postaci uporządkowanego zbioru kubitów fizycznych zorganizowanych w rejestry. Rdzeń jest izolowany elektromagnetycznie i termicznie od nadmiernego wpływu środowiska termodynamicznego. Rdzeń jest obsługiwany przez, dopasowany do technologii kubitów, system kontrolno-pomiarowy. System elektroniczny i fotoniczny bezpośrednio obsługuje kubity, biorąc pod uwagę ich delikatny kwantowy charakter i podatność na dekoherencję, oraz odpowiednio sprzęga rdzeń kwantowy ze światem zewnętrznym - w postaci klasycznego systemu komputerowego. Rdzeń kwantowy klasy NISQ realizuje tylko i wyłącznie specjalizowane dla niego klasy algorytmów. Oprócz najważniejszego wymogu realizowalności na poziomie kwantowym, algorytmy te powinny być także funkcjonalne i efektywne z punktu widzenia klasycznej techniki obliczeniowej. Efektywność tych algorytmów kwantowych jest mierzona relatywnie do analogicznych zadań rozwiązywanych klasycznie, generując takie wskaźniki jak advantage, supremacy i value. Kluczowym zagadnieniem rozwoju algorytmów NISQ jest pogodzenie kryteriów realizowalności, efektywności, i przydatności tej warstwy oprogramowania urządzenia NISQ, czasami uniwersalnej, czasami także dedykowanej dla konkretnej technologii kubitowej.

EN

NISQ (noisy intermediate scale quantum technology) is currently being developed with significant application successes in the construction of quantum devices and computing processors. NISQ is different from the universal quantum computer UQC. The NISQ device contains a quantum core in the form of an ordered collection of physical qubits organized into registers. The core is electromagnetically and thermally insulated from excessive influence of the thermodynamic environment. The core is supported by a control and measurement system adapted to the qubit technology. The electronic and photonic systems directly handle qubits, given their fragile quantum nature and susceptibility to decoherence, and properly couple the quantum core with the outside world - in the form of a classical computer system. The quantum core of the NISQ kind implements only classes of algorithms specialized for it. Apart from the most important requirement of realizability at the quantum level, these algorithms should also be functional and effective from the point of view of the classical computational technique. The efficiency of these quantum algorithms is measured relatively to analogous tasks solved classically, generating indicators such as advantage, supremacy and value. The key issue in the development of NISQ algorithms is to reconcile the criteria of realizability, efficiency, and usefulness of this layer of NISQ device software, sometimes universal, sometimes also dedicated to a specific qubit technology.

11

Komputery kwantowe : osiągnięcia i problemy

Nowakowski W.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2013

|

Vol. 54, nr 11

56-57

PL

W artykule opisano ostatnie realizacje komputerów kwantowych firmy D-Wave.

EN

Last realizations of quantum computers D-Wave are discussed.

12

Computer Simulation of Two - Mode Nonlinear Quantum Scissors

Dung Nguyen T., Leoński W., Cao Long V.

Computational Methods in Science and Technology

|

2013

|

Vol. 19, No. 3

175--181

EN

We present a simulation method allowing for modeling of quantum dynamics of nonlinear quantum scissors’ (NQS) systems. We concentrate on the two-mode model involving two mutually interacting nonlinear quantum oscillators (Kerr nonlinear coupler) excited by a series of ultra-short external coherent pulses. We show that despite the simplicity of the method one can obtain non-trivial results. In particular, we discuss and compare two cases of kicked nonlinear coupler, showing that the quantum evolution of the system remains closed within a two-qubit Hilbert space and can lead to maximally entangled states generation.

13

Superconducting circuits for quantum computation

Jaroszyński L.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2009

|

R. 85, nr 5

170-173

EN

It appears that "quantum computers" are coming from science-fiction to the reality. Quantum computation shows outstanding efficiency in some numerical problems. Length of qubit registers grows noticeably last years, so the number of interesting quantum algorithms. It's time to manufacture qubit integrated circuits. These days two promising concepts fight their way to a real usage: Josephson junction qubits and quantum dot qubits.

PL

Wydaje się, że tzw. komputery kwantowe przenikają właśnie z kart literatury fantastyczno-naukowej do rzeczywistości. Algorytmy kwantowe wykazują znakomitą wydajność w przypadku niektórych problemów. Długość rejestrów qubitowych rośnie każdego roku tak jak liczba interesujących algorytmów kwantowych. Nadszedł czas wytwarzania rejestrów qubitowych w postaci układów scalonych. Aktualnie ścierają się dwie obiecujące koncepcje: rejestrów qubitowych ze złączami Josephsona i z kropkami kwantowymi.

14

The Quantum Computer - What Does It Means?

Kosiński J.

Studia Informatica : systems and information technology

|

2007

|

Vol. 1(8)

77--96

EN

In a classical measurement the Shannon information is a natural measure of our ignorance about properties of a system. There, observation removes that ignorance in revealing properties of the system which can be considered to preexist prior to and independent of observation. Because of the completely different root of a quantum measurement as compared to a classical measurement, conceptual difficulties arise when we try to define the information gain in a quantum measurement using the notion of Shannon information. In contrast to classical measurements, quantum measurements, with very few exceptions, cannot be claimed to reveal a property of the individual quantum system existing before the measurement is performed. A mathematical theory of computation that is based on quantum physics is bound to be different. They are the analogues for quantum computers to classical logic gates for conventional digital computers. Although quantum gates work on qubits in a much different fashion from standard electronic circuits, they only differ in their basic effects in one sense: reversibility.

15

Parallel implementation of a quantum computing simulator

Sawerwain M., Pilecki J.

Journal of Applied Computer Science

|

2006

|

Vol. 14, nr 2

79-89

EN

In this paper the specialized software called quantum computation simulator is presented. Basic properties of quantum computation simulations are discussed. The algorithm of parallel implementation of a vector state transformation is presented also. Some examples of the presented software application are shown.

16

Quantum Computing with Quantum Dots

Adamowski J., Bednarek S., Szafran B.

Schedae Informaticae

|

2005

|

Vol. 14

95-111

17

Komputery kwantowe. Cz. 2

Soszyński S.

Elektronizacja : podzespoły i zastosowania elektroniki

|

2003

|

Vol. 23, nr 9

10-13

PL

Teoria komputerów kwantowych wyznacza nowy kierunek projektowania nowoczesnych układów scalonych w skali atomowej, klasycznej i kwantowej kryptografii, algorytmów kwantowych, teorii informacji itd. Ostatnio odkryto nowy rodzaj maszyn, korzystających z oddziaływań kwantowo-mechanicznych, które mogą działać nieprzerwanie przez wiele lat, umożliwiając rozwiązanie dowolnego matematycznego lub fizycznego problemu. Komputery kwantowe są bardzo nawatorskim projektem - stanowią nową, atrakcyjną i wydajną alternatywę komputerów klasycznych.

EN

Theory of quantum computation is a new trend of designed modern integrated circuit in atomic scale, classical and quantum cryptography, quantum algorithms, theory of information, etc. Recently there were invented new kinds of machines, making useful interaction quantum-mechanics, which can run continuously for a years and are able to estimate any physical or mathematical problem. Quantum computers are very innovative project they presents a new, attractive and efficiently alternative for classical computers.

18

Komputery kwantowe. Cz. 1

Soszyński S.

Elektronizacja : podzespoły i zastosowania elektroniki

|

2003

|

Vol. 23, nr 7-8

11-15

PL

Teoria komputerów kwantowych wyznacza nowy kierunek projektowania nowoczesnych układów scalonych w skali atomowej, klasycznej i kwantowej kryptografii, algorytmów kwantowych, teorii informacji itd. Ostatnio odkryto nowy rodzaj maszyn, korzystając z oddziaływań kwantowo-mechanicznych, które mogą działać nieprzerwanie przez wiele lat, umożliwiając rozwiązanie dowolnego matematycznego lub fizycznego problemu.

EN

Theory of quantum computation is a new trend of design modern integrated circuit in atomic scale, classical and quantum cryptography, quantum algorithms, theory of information, etc. Recently there were invented new kinds of machines, making useful interaction quantum-mechanics, which can run continuously for a years are able to estimate any physical or mathematical problem.