Библиотека алгоритмов для разработки квантовых приложений

По сообщению НИТУ «МИСиС», российские ученые разработали набор алгоритмов, позволяющих быстро разрабатывать квантовые приложения и различные вычислительные системы для решения сложных задач, в том числе взломов шифров. Работа была опубликована в высокорейтинговом международном научном журнале PLoS One.

Как известно, разработками в области квантовых вычислений занимаются как гиганты, в том числе Google, IBM и Intel, так небольшие стартапы и исследовательские группы. Часть этих разработок доступна широкой публике через облачные сервисы. Такие компьютеры могут иметь радикально разную архитектуру, что заставило разработчиков задуматься о создании инструментов, позволяющих реализовать квантовые алгоритмы на большом числе подобных машин без изменения исходного кода. Один из самых успешных продуктов такого рода – открытая библиотека PennyLane, разрабатываемая при поддержке компании Amazon и квантового стартапа Xanadu.

Как поясняют в лаборатории квантовых информационных технологий НИТУ МИСиС, эффективная реализация квантовых алгоритмов – одна из главных задач на пути к практической реализации квантовых вычислений. В данной работе исследователи представили программный пакет, содержащий реализацию различных квантовых операций и известных квантовых алгоритмов для библиотеки PennyLane.

Группа исследователей из НИТУ МИСИС и Российского квантового центра разработала пакет инструментов, необходимых для реализации квантового алгоритма Шора, позволяющего быстро подобрать ключ к данным, зашифрованным при помощи алгоритма RSA. На сегодняшний день взлом RSA сегодня считается одной из самых приоритетных задач для квантовых компьютеров. Исследователи проанализировали операции, необходимые для реализации алгоритма Шора и многих других программ, и реализовали их при помощи тех инструментов и возможностей, которые доступны в библиотеке PennyLane. Кроме того, они подготовили набор алгоритмов, позволяющих оценить число кубитов и других ресурсов, необходимых для проведения вычислений на реальном квантовом процессоре.

Разработанные российскими учеными инструменты позволят ускорить проверку работы различных вариаций алгоритма Шора на разных моделях квантовых компьютеров и продвинуться в разработке других алгоритмов, в которых задействуются схожие логические операции.

Совместное исследование Университета МИСиС и РКЦ поддержано ЛИЦ, РНФ и программой «Приоритет 2030».