Idee per progetti di calcolo quantistico

14

Sono uno studente di informatica e sto attualmente pianificando il mio progetto di laurea. Ho bisogno di alcune idee nel campo dell'informatica quantistica. qualsiasi aiuto?

quantum-computing soft-question

— Deyaa
fonte

Sarebbe utile se potessi dare un esempio del tipo di progetto che considereresti appropriato, dato il tempo che hai per questo progetto e la difficoltà prevista. Come è accettabile leggere un documento in dettaglio come progetto?

— Robin Kothari,

Esempio: combinando (o inventandone di nuove) tecniche di apprendimento automatico con il calcolo quantistico per risolvere un problema difficile Google ha utilizzato algoritmi di apprendimento automatico e computer quantistico D-wave per effettuare ricerche di immagini molto più veloci. Tempo, ho: 11 mesi di difficoltà: media (Laurea)

— Deyaa,

3

Penso che questo dovrebbe essere un wiki della comunità, supponendo che sia nel campo di applicazione.

— Lev Reyzin

2

@Ross: l'ho sottovalutato, semplicemente perché la domanda era poco chiara, molto aperta, soggettiva e certamente non qualcosa con una chiara "risposta corretta" (vedi anche cstheory.stackexchange.com/faq ). Con spiegazioni più accurate e nella modalità "community wiki" molto probabilmente avrebbe evitato il mio downvote. Mi scuso se questo sembra inutilmente duro, ma penso che le persone dovrebbero prestare maggiore attenzione alla formulazione delle loro domande (e utilizzare correttamente il flag CW, soprattutto perché nessun altro può risolverlo attualmente).

— Jukka Suomela,

3

@Deyaa, penso che provare a rispondere alle domande di Joe Fitzsimmons e Jukka Suomela ti aiuterà a formulare una domanda migliore.

— Suresh Venkat,

27

Ho pubblicato alcune idee per progetti di teoria della complessità quantistica su http://scottaaronson.com/blog/?p=471

(Ma attenzione, la maggior parte di questi sono problemi che sono stati aperti per anni! Il mio suggerimento per un progetto universitario sarebbe quello di rompere una parte di uno dei problemi.)

— Scott Aaronson
fonte

17

Un progetto che suggerirei è questo: provare a sviluppare un algoritmo quantistico basato sulla camminata casuale quantistica per la programmazione lineare. Per il progetto dovresti prima imparare alcuni fatti di base sulle passeggiate casuali quantistiche e su come sono algoritmicamente utili, in secondo luogo sugli algoritmi di tipo simplex randomizzato e in terzo luogo cercando di combinare i due. La parte 3 è molto ambiziosa e non so se si possa dire qualcosa di fruttuoso, ma le parti 1 e 2 sono già utili per un progetto universitario.

— Gil Kalai
fonte

1

È davvero un bel suggerimento. Esistono infatti un buon numero di algoritmi che potrebbero beneficiare di passeggiate casuali specializzate. I codici di correzione degli errori LT / Raptor si basano ad esempio su una camminata casuale. Voto da parte mia. Ed è bello vederti qui, Gil. :-)

— Ross Snider,

Non sapevo che esistessero cose come passeggiate casuali quantistiche! bella idea!

— Suresh Venkat,

2

Suresh: Sì, ci sono. Si rivelano un approccio piuttosto importante agli algoritmi quantistici. La cosa su progetti di algoritmi, tuttavia, è che è banale ottenere una velocità quadrata di accelerazione e molto molto difficile ottenere qualcosa di meglio. Forse un'altra idea sarebbe quella di cercare di ottenere algoritmi temporali polinomiali per registrare il tempo, come nel recente algoritmo per risolvere i sistemi lineari di equazioni.

— Joe Fitzsimons,

11

I risultati di DWaves con la ricerca di immagini sono un po 'strani. Al momento non ci sono prove concrete che i dispositivi DWave non possano essere simulati in modo efficiente. Questo è stato discusso in dettaglio su numerosi blog (per Scott Aaronson e Dave Bacon hanno entrambi trattato DWave numerose volte).

Ora, a parte questo, ci sono un numero enorme di potenziali progetti, a seconda dell'aspetto del calcolo quantistico che ti interessa. Dipende anche dal livello delle tue conoscenze sulla meccanica e la fisica quantistiche. Le domande sul tipo di architettura diventano spesso piuttosto fisiche, poiché i limiti sperimentali svolgono un ruolo importante nel determinare quali problemi valgono la pena di essere esaminati. Gli algoritmi e la complessità delle comunicazioni sono aree molto più orientate al CS.

Esistono diversi modelli di calcolo quantistico e vi sono barriere più ripide all'ingresso per alcuni piuttosto che per altri. Il calcolo quantistico adiabatico e topologico tende ad essere un po 'più difficile da comprendere rispetto al modello di circuito e al modello di calcolo basato sulla misurazione.

Un problema su cui ho avuto successo con uno studente estivo che stava lavorando era l'approssimazione delle soglie di tolleranza agli errori per vari codici di correzione degli errori mediante simulazione. Questo è qualcosa che ha una barriera relativamente bassa all'ingresso. Un'altra idea è quella di esaminare schemi di automi cellulari quantistici per compiti speciali (codifica, misurazione, preparazione dello stato).

Hai citato l'apprendimento automatico, quindi forse potresti voler esaminare l'utilizzo della programmazione evolutiva per far evolvere i circuiti quantistici per vari semplici problemi. Ci ho giocato un paio di volte, e sembra che tu possa avere un comportamento abbastanza carino (ad esempio, evolvendo le regole di ricerca).

Potrei continuare a elencare idee casuali che potrebbero rendere un progetto adatto, ma se potessi dare più di un'idea su quale area ti interessa, penso che otterrai risposte migliori. Una domanda fondamentale potrebbe essere: sei interessato a un progetto di codifica, uno sulla progettazione hardware, uno sulla teoria pura, ecc.? A seconda del modo in cui vuoi andare, ci saranno diverse possibilità.

— Joe Fitzsimons
fonte

4

Suggerisco qualcosa come fornire gli attuali strumenti di sviluppo del calcolo quantistico (come libquantum) con la capacità di sfruttare le GPU abilitate CUDA per accelerare le simulazioni. Il calcolo quantistico riguarda più o meno l'algebra lineare, ovvero operazioni a matrice e vettoriale, che è stata inizialmente progettata per le GPU.

— M. Alaggan
fonte

simulazioni come cosa?

— Deyaa,

Gli strumenti di sviluppo di calcolo quantistico ti consentono di simulare algoritmi e protocolli quantistici, tra cui l'algoritmo di Shor, la ricerca di Grover, il teletrasporto quantistico, i codici di correzione degli errori e gli algoritmi creati e che desideri testare da solo.

— M. Alaggan,

3

Linguaggi a tema di calcolo quantistico come QCL sono stati creati per progetti di tesi. In effetti, qualsiasi linguaggio basato sull'informatica quantistica che ho visto implementato sul web è stato realizzato per progetti di tesi. Potresti anche provare a codificare un emulatore quantistico. Nel libro "Quantum Computing for Computer Scientists" forniscono esercitazioni di programmazione che si sommano collettivamente a tale emulatore.

— Vincent Russo
fonte

2

Non so quanto sarà utile, ma forse offrirà una guida.

Nella primavera del 2009 Sasha Razborov ha tenuto un corso di informatica quantistica. Il sito web del corso contiene alcune idee di "progetto", nonché riferimenti ad alcuni documenti quantistici fondamentali.

I "progetti" nella pagina sono in realtà solo "problemi di compiti più coinvolti", quindi probabilmente non sono adatti da soli per una tesi di laurea, né impiegheranno 11 mesi. Tuttavia, quei problemi e / o alcuni dei riferimenti potrebbero scatenare alcune buone idee per te.

— Joshua Grochow
fonte