Розробка програмного забезпечення для порівняльного аналізу обчислювальних можливостей квантових комп’ютерів на основі вентилів з використанням мови програмування Python

Abstract

Головною метою цієї кваліфікаційної роботи є закладення дослідницького фундаменту шляхом інтеграції квантових обчислень із класичними периферійно-хмарними середовищами для підвищення продуктивності в низці прикладних задач, які активно досліджуються науковцями. Квантові комп'ютери стають важливим інструментом в обчислювальній галузі, використовуючи принципи квантової механіки для вирішення специфічних задач, що наразі перебувають поза межами можливостей класичних комп'ютерів. Ця технологія має значні перспективи для розгортання у периферійно-хмарних інфраструктурах, де вона може забезпечити обробку даних із низькою затримкою та захищений зв'язок. Перший розділ присвячено аналізу умов успішного розгортання гібридних квантово-класичних периферійних хмар та обґрунтуванню вимог до всеосяжної системи оцінювання для забезпечення їхньої відповідності критеріям продуктивності. Запропоновано новий фреймворк для квантового бенчмаркінгу, що включає два окремі методи оцінювання показників затримки на основі рівнів квантової транспіляції на різних квантово-периферійно-хмарних платформах. У другому розділі спершу описано результати експериментальної валідації запропонованого фреймворку для периферійно-хмарного середовища, яку було проведено шляхом тестування кількох відомих і корисних квантових алгоритмів, потенційно ефективних у цій області, включаючи алгоритм Шора, алгоритм Гровера та алгоритм квантових блукань. За результатами тестування визначено оптимальний рівень транспіляції для досягнення максимальної продуктивності в квантово-периферійно-хмарних середовищах. Наведено критично важливі висновки щодо поточних та перспективних можливостей інтеграції квантових процесорів, які забезпечують всебічну оцінку їхнього потенціалу для підвищення ефективності периферійних хмар за мінливих параметрів, зокрема точності та рівнів транспіляції. У третьому розділі проведено аналіз ергономічні проблеми безпеки життєдіяльності розробника програмного забезпечення з точки зору охорони праці та безпеки життєдіяльності, розглянуто значення автоматизації виробничих процесів в питаннях охорони праці. згідно з нормативними документами з охорони праці та безпеки життєдіяльності. Розглянуто долікарську допомогу при ураженні електричним струмом та інженерно-технічні рішення з охорони праці.

The main goal of this qualification work is to lay a research foundation by integrating quantum computing with classical edge-cloud environments to improve performance in a number of applied problems that are actively studied by scientists. Quantum computers are becoming an important tool in the computing industry, using the principles of quantum mechanics to solve specific problems that are currently beyond the capabilities of classical computers. This technology has significant prospects for deployment in edge-cloud infrastructures, where it can provide low-latency data processing and secure communication. The first section is devoted to the analysis of the conditions for the successful deployment of hybrid quantum-classical edge clouds and the justification of the requirements for a comprehensive evaluation system to ensure their compliance with performance criteria. A new framework for quantum benchmarking is proposed, which includes two separate methods for estimating latency metrics based on quantum transpilation levels on different quantum edge-cloud platforms. The second section first describes the results of experimental validation of the proposed framework for edge-cloud environments, which was conducted by testing several well-known and useful quantum algorithms that are potentially effective in this area, including Shor’s algorithm, Grover’s algorithm, and quantum walk algorithm. Based on the testing results, the optimal transpilation level for achieving maximum performance in quantum edge-cloud environments is determined. Critical conclusions are presented on current and future integration capabilities of quantum processors, which provide a comprehensive assessment of their potential for improving edge cloud performance under varying parameters, including accuracy and transpilation levels. The third section analyzes the ergonomic problems of the software developer's life safety from the point of view of labor protection and life safety, considers the importance of automation of production processes in matters of labor protection. according to regulatory documents on labor protection and life safety. Considers pre-medical care for electric shock and engineering and technical solutions for labor protection.