QUANTUM COMPUTATION. By Uri Kanonov

Similar documents
קשירות.s,t V שני צמתים,G=(V,E) קלט: גרף מכוון מ- s t ל- t ; אחרת.0 אם יש מסלול מכוון פלט: הערה: הגרף נתון בייצוג של רשימות סמיכות.

מבוא לתכנות ב- JAVA תרגול 7

תרגול 8. Hash Tables

זו מערכת ישרת זוית )קרטזית( אשר בה יש לנו 2 צירים מאונכים זה לזה. באותו מישור ניתן להגדיר נקודה על ידי זוית ורדיוס וקטור

מכונת מצבים סופית תרגול מס' 4. Moshe Malka & Ben lee Volk

Hebrew Ulpan HEB Young Judaea Year Course in Israel American Jewish University College Initiative

Practical Session No. 13 Amortized Analysis, Union/Find

עץ תורשה מוגדר כך:שורש או שורש ושני בנים שכל אחד מהם עץ תורשה,כך שערך השורש גדול או שווה לסכום הנכדים(נכד-הוא רק בן של בן) נתון העץ הבא:

ASP.Net MVC + Entity Framework Code First.

Rules Game (through lesson 30) by Nancy Decker Preparation: 1. Each rule board is immediately followed by at least three cards containing examples of

שאלות חזרה לקראת מבחן מפמ"ר אינטרנט וסייבר

Computer Structure. Exercise #1 יש להגיש את התשובות הסופיות על גבי טופס זה.

תצוגת LCD חיבור התצוגה לבקר. (Liquid Crystal Display) המערכת.

Genetic Tests for Partners of CF patients

A R E Y O U R E A L L Y A W A K E?

הקיטסיגול הרבחה יעדמל בלושמה גוחה

תוכן העניינים: פרק סדרות סיכום תכונות הסדרה החשבונית:... 2 תשובות סופיות:...8 סיכום תכונות הסדרה ההנדסית:...10

מושגים בסיסיים תלמידים והורים יקרים,

תכנית סטארט עמותת יכולות, בשיתוף משרד החינוך א נ ג ל י ת שאלון א' Corresponds with Module A (Without Access to Information from Spoken Texts) גרסה א'

Reflection Session: Sustainability and Me

בוחן בתכנות בשפת C בצלחה

בהצלחה! (MODULE C) Hoffman, Y. (2014). The Universal English-Hebrew, Hebrew-English Dictionary

סיבוכיות זמן ריצה רדוקציות ושלמות ב- NP המחלקה P הגדרה: = המחלקה NP הגדרה: שפה סגירות שפות הגדרה: רדוקציה

מספר השאלון: Thinking Skills נספח: כישורי חשיבה )לפרק ראשון ושני( א נ ג ל י ת (MODULE F) ספרות )מילון הראפס אנגלי-אנגלי-ערבי(

נספח: כישורי חשיבה )לפרק ראשון ושני( אנגלית (MODULE F) ספרות או: מילון אנגלי-ערבי / ערבי-אנגלי או: מילון אנגלי-אנגלי-ערבי

חזרה, מיונים פולינה לוצקר

יסודות מבני נתונים. תרגול :9 ערימה - Heap

מבני נתונים תרגיל 4 פתרון

FILED: NEW YORK COUNTY CLERK 07/16/2014 INDEX NO /2014 NYSCEF DOC. NO. 102 RECEIVED NYSCEF: 07/16/2014 EXHIBIT 5

נספח: כישורי חשיבה )לפרק ראשון ושני( אנגלית (MODULE D) ספרות או מילון אנגלי-עברי-עברי-אנגלי

ניפוי שגיאות )Debug( מאת ישראל אברמוביץ

THINKING ABOUT REST THE ORIGIN OF SHABBOS

נספח: כישורי חשיבה )לפרק ראשון ושני( אנגלית (MODULE F) ספרות מילון אנגלי-אנגלי-עברי או מילון אנגלי-עברי-עברי-אנגלי

Advisor Copy. Welcome the NCSYers to your session. Feel free to try a quick icebreaker to learn their names.

Depth-First Search DFS

A JEW WALKS INTO A BAR: JEWISH IDENTITY IN NOT SUCH JEWISH PLACES

אנגלית ספרות בהצלחה! /המשך מעבר לדף/ נספח: כישורי חשיבה )לפרק ראשון ושני( או: מילון אנגלי-ערבי / ערבי-אנגלי או: מילון אנגלי-אנגלי-ערבי

ãówh,é ËÓÉÔê ÌW W É Å t" Y w f É ËÓÉÑ É èw É f Ñ u ð NNM YóQ' ÌW W É Y ÉgO d óqk É w f ym Éd É u ð NNM ÌWNQMH uqo ð NNM ÌWNQMH

נספח: כישורי חשיבה )לפרק ראשון ושני( אנגלית (MODULE D) ספרות מילון אנגלי-אנגלי-עברי או מילון אנגלי-עברי-עברי-אנגלי

מספר השאלון: הצעת תשובות לשאלות בחינת הבגרות אנגלית (MODULE C) מילון אנגלי-אנגלי-עברי או מילון אנגלי-עברי-עברי-אנגלי قاموس إنجليزي - إنجليزي - عربي

נספח: כישורי חשיבה )לפרק ראשון ושני( אנגלית (MODULE D) ספרות או מילון אנגלי-עברי-עברי-אנגלי

המבנה הגאומטרי של מידה

אנגלית (MODULE E) בהצלחה!

סיכומים למבחן בקורס DSP

טכנולוגיית WPF מספקת למפתחים מודל תכנות מאוחד לחוויית בניית יישומיי

4...Informed Search Strategies Partial Order Planning 29...Hierarchical Decomposition Reenforcement Learning 40...Unsupervised Learning

דיאלוג מומחז בין מרטין בובר וקרל רוג'רס

אנגלית שאלון ז' ג רסה א' הוראות לנבחן בהצלחה! )4( ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר ומכוונות לנבחנות ולנבחנים כאחד. (MODULE G)

Name Page 1 of 6. דף ט: This week s bechina starts at the two dots in the middle of

זה אומר שאחרי הכרות עם השפה מה שדורש השקעה אפשר להקדיש את מרבית הזמן לצד המוזיקלי יצירתי ולא התכנותיÆ איזה כיף

Ron Famini, Lior Bar,

Patents Basics. Yehuda Binder. (For copies contact:

ANNEXURE "E1-1" FORM OF IRREVOCABLE STANDBY LETTER OF CREDIT PERFORMANCE OF CONTRACT (WHERE PRICES ARE NOT LINKED TO AN ESCALATION FORMULA)

א נ ג ל י ת בהצלחה! ב. משרד החינוך בגרות לנבחנים אקסטרניים )מילון הראפס אנגלי-אנגלי-ערבי( השימוש במילון אחר טעון אישור הפיקוח על הוראת האנגלית.

פרק יעילות היעילות של קריטריון המקום עוסק בנושאים דומים לאלה של קריטריון הזמן. אנו נתרכז בחישובי היעילות של מדד הזמן.

יהי ה' אלקינו עמנו - תשכ"ד - חלק ג. Yehi Hashem Elokeinu Imanu Section Three -

תרגול מס' 01 אלגוריתם דיניץ

מבוא לחישוב נומרי הכנה לקראת המבחן

Expressions (ex 8) Wild World (ex 7) Cars (ex 9)

ומדריך למידה לקורס "מבוא לחישוב קוונטי"

שאלון ו' הוראות לנבחן

שאלון ד' הוראות לנבחן

מ ש ר ד ה ח י נ ו ך ה פ ד ג ו ג י ת א ש כ ו ל מ ד ע י ם על ה ו ר א ת ה מ ת מ ט י ק ה מחוון למבחן מפמ"ר לכיתה ט', רמה מצומצמת , תשע"ב טור א'

מבוא לרשתות - תרגול מס' 11 Transparent Bridges

הקיטסיגול הרבחה יעדמל בלושמה גוחה

שאלון ו' הוראות לנבחן

The Connection between Town Planning, Public Taking (Appropriation) and Land Appraisal

Yetzer Shalom: Inclinations of Peace

פיזיקה של נהיגה מדריך למורה

לצפייה בפתרון בווידאו לתרגילים שבחוברת, כנסו ל "סטטיסטיקה והסתברות" בשאלון 802 שבאתר

הגדרה: משפחת עצים תקרא מאוזנת אם (n.h(t) = O(log

מבחן באנגלית בהצלחה הצלחה!!! שם פרטי: שם משפחה: מס' תעודת זהות: תאריך: שם מרכז מנהל מרכז השכלה: תאריך בדיקת המבחן: כל הזכויות שמורות למשרד החינוך

FILED: NEW YORK COUNTY CLERK 07/16/2014 INDEX NO /2014 NYSCEF DOC. NO. 134 RECEIVED NYSCEF: 07/16/2014 EXHIBIT 37

SEEDS OF GREATNESS MINING THROUGH THE STORY OF MOSHE S CHILDHOOD

הצעת תשובות לשאלות בחינת הבגרות אנגלית

מבני נתונים תרגיל 5 שאלות לגבי העבודה יש להעלות בפורום של הקורס או בשעות הקבלה של המרצה או המתרגל האחראיים על העבודה.

Scribal Impact on Textual Transmission. by Israel M. Sandman, UCL. Parma, Biblioteca Palatina 2373, 16b

ל"תוכנה" שכותבים, כמו פונקציה זו, קוראים "קוד"

1. מספרים מרוכבים צורות אלגברית ווקטורית של מספרים מרוכבים. הוא זוג סדור. הגדרה 1.1. מספר מרוכב z של מספרים ממשיים. ו- y

פתרון בעיית צביעת הגרפים בעזרת אלגוריתם גנטי ואלגוריתמי Beam-Search

תכנון אלגוריתמים, אביב 2010, תרגול מס' 7 סריקה לעומק, מיון טופולוגי, רכיבים קשירים היטב. time time 1

מבוא למחשב בשפת פייתון

תכנית סטארט עמותת יכולות, בשיתוף משרד החינוך א נ ג ל י ת שאלון ב' Corresponds with Module B גרסה ב' הוראות לנבחן

(MODULE E) ב ה צ ל ח ה!

אנגלית שאלון ז' (MODULE G) ג רסה א' הוראות לנבחן )מילון אנגלי-ערבי / ערבי-אנגלי )

תרגול 11 תור עץ חיפוש בינארי

תורשכ ירפס לכ ץבוק " ב י קלח יללכ רעש

קובץ שאלות פתורות אביב 2102

חידת קופרניקוס: למה חלפו 0222 שנה עד לגילוי שכדור הארץ מסתובב סביב השמש? הרצאה של ד"ר בועז כץ

סה"כ נקודות סה"כ 31 נקודות סה"כ 21 תוכן עניינים של פתרון המבחן. לולאת for )נתון אלגוריתם... מעקב, פלט

תכנות בטוח חלק ב ' מאת עידו קנר

םימתירוגלאו םינותנ ינבמ המירעו תינס, חמ רות רקצול הנילופ

Am Chofshi B'artzenu Case Studies

מערכים Haim Michael. All Rights Reserved.

עיבוד שפות טבעיות מבוא

CML כנס שנתי של מודעות ל- CML 4-6 לאוקטובר 2018, מלון רמדה, חדרה

State Pattern מימוש מכונת מצבים (FSM) מבוא בעיה תמיכה ועדכונים עדכון מס' 48 מאי 2002

עבודה בקורס תולדות המתמטיקה שם הסטודנט: אסף סבל. הנושא: הנחת הסדר הטוב של המספרים הטבעיים בספרו השביעי של אוקלידס.

הרצאה מספר 10 נושאים לשיעור זה: סיכום הפקודות עד לשיעור זה *** )S-Q( = מקומות בהם ניתן לשלב תתי שאילתות

מבוא לתכנות - פיתוח משחקים ב Action Script 3.0

Transcription:

QUANTUM COMPUTATION By Uri Kanonov 8..4

תוכן עניינים רקע מתמטי מערכות קוונטיות מדידות מעגלים קוונטיים עיקרון אי ההעתקה טלפורטציה טרנספורם הפוריה הקוונטי פירוק מספרים לגורמים ראשוניים )האלג' של שור( חישוב קוונטי מקביליות קוונטית

רקע מתמטי טרנספורמציה אוניטירית U היא מטריצה ריבועית מעל שדה * המרוכבים המקיימת לפי הגדרה טרנספורמציה אוניטרית היא הפיכה מכפלה פנימית מעל המרוכבים: שני וקטורים מאונכים זה לזה אם המכפלה הפנימית ביניהם היא בסיס אורתונורמלי בסיס )פורס את כל המרחב(, כל זוג ווקטורים בו מאונכים זה לזה כל הווקטורים באורך UU x y x y..., I x n y n

רקע מתמטי הטלה בהטלה של ווקטור על תת-מרחב כלשהו למעשה מתאפסים כל הרכיבים של הוקטור שאינם מאותו המרחב

מערכות קוונטיות מצבים קוונטיים באופן כללי מיוצגים כפונקציות גל לצרכינו יספיק לייצג מצב קוונטי בתור ווקטור של מספרים מרוכבים bra-ket ket bra סימון הסימון הסימון הסימון מייצג ווקטור עמודה בגודל x מייצג את הווקטור המשוחלף הצמוד bra-ket מייצג את המכפלה הפנימית: בד"כ נעבוד עם הבסיס האורתונורמלי x x y,, T T

מערכות קוונטיות קיוביט הוא ווקטור דו-מימדי בבסיס מסוים )בד"כ ), כאשר a b כך ש נדרוש שמצב קוונטי תמיד יהיה ווקטור באורך יחידה a b

מערכות קוונטיות הרבה קיוביטים אנו נתעסק במצבים קוונטיים שהם איברים של מרחב. מרחב כנ"ל נותן לנו ייצוג של n n הילברט בגודל קיוביטים שילוב של הקיוביטים לכדי ווקטור אחד נעשה לא ע"י מכפלה קרטזית אלא ע"י מכפלה טנזורית במכפלה קרטזית של איברים נוצר מרחב בגודל לעומת זאת במכפלה טנזורית המרחב הוא בגודל לדוגמא בסיס של מרחב בעל n n n,,, קיוביטים הוא

מערכות קוונטיות מצבים שונים מצב קוונטי יכול להיות מיוצג ע"י שילוב של ווקטורי הבסיס, לדוגמא: במצב כזה אפשר להסתכל על המערכת כ"מכפלה" ולהתייחס לכל קיוביט בנפרד לעומת זאת מצב שלא ניתן לייצוג ע"י שילוב ווקטורי הבסיס נקרא entangled ולדוגמא מצב מאוד שימושי כנ"ל שנקרא :EPR

מדידות מדידה באה לענות לנו על השאלה התשובה היא שאין לקיוביט תמיד ערך מוגדר נקבל במדידה של a b "מהו ערכו של הקיוביט"? a בהסתברות מדידה של מצב קוונטי היא הטלה של הווקטור על תת-מרחב אבל הטלה מאבדת מידע )כל מה שהוא לא מתת-המרחב( זו "הבעיה" בחישוב קוונטי. ניתן ללמוד ממצב כלשהו רק פיסת מידע אחת ואז המצב נהרס. לדוגמא אם נמדוד את הקיוביט הראשון של ה- EPR אז ניפול ל- בהסתברות חצי וכנ"ל לגבי אך תשימו לב שלאחר מכן תוצאת המדידה של הקיוביט השני היא ודאית ) או (. המדידה הראשונה השפיעה על המצב!

מעגלים קוונטיים מעגלים קוונטיים הם ה"אלגוריתמים" בעולם הקוונטי מה מותר לעשות במעגל קוונטי? לקחת אנסילה )קיוביטים נוספים לצורך שמירת מידע( להפעיל טרנספורמציות אוניטריות למדוד הבחנה: מאחר וטרנספורמציות אוניטריות הפיכות אז החישוב עצמו הוא הפיך!

םיטושפ םייטנווק םירעש תוהז NOT הזאפ יוניש I : I X : X Y : Y

םיטושפ םייטנווק םירעש יוניש + NOT הזאפ Hadamard XY Z : Z : H

שערים קוונטיים פשוטים )XOR )בפועל Controlled-not C not : C not נשים לב שכל השערים הנ"ל הם טרנספורמציות אוניטריות

מעגלים קוונטיים מעגלים קוונטיים הם ה"אלגוריתמים" בעולם הקוונטי מה מותר לעשות במעגל קוונטי? לקחת אנסילה )קיוביטים נוספים לצורך שמירת מידע( להפעיל טרנספורמציות אוניטריות למדוד הבחנה: מאחר וטרנספורמציות אוניטריות הפיכות אז החישוב עצמו הוא הפיך!

עקרון אי ההעתקה אמרנו שמדידה הורסת את המצב, אבל מה אם היינו יכולים לשכפל את המצב לפני המדידה וכך לשמר אותו? הבעיה היא שאי אפשר להעתיק מצבים קוונטיים נוכיח זאת: תהי טרנספורמציה לינארית שמעתיקה, U a aa U כלומר: יהיו יהי שני מצבים קוונטיים אורתוגונליים c a a, b b

עקרון אי ההעתקה - המשך U U c U a U b aa bb לפי הלינאריות אבל c cc aa ab ba bb ושני הביטויים הם שונים! מכאן שלא ניתן להעתיק מצב קוונטי

טלפורטציה המטרה: ל- A יש מצב קוונטי לא ידוע והיא רוצה להעביר אותו ל- B הרעיון: A ו- B יחלקו ביניהם מצב EPR וע"י העברת שני ביטים קלאסיים הם יצליחו להעביר קיוביט בודד המעגל המדובר הוא: a b EPR

טלפורטציה - המשך אפשר להסתכל על המעגל כרצף הפעולות הבא: הפעלת הטרנספורמציה A מדידת שני הקיוביטים הראשונים ע"י H I I C I not B ושליחת התוצאה ל- B מפעיל טרנספורמציה על הקיוביט השלישי בהתאם לערכים שקיבל טרנספורמציה I ביטים שהתקבלו X Z Y

טלפורטציה - המשך דוגמא: המצב של אליס היה מצב המערכת הוא A אחרי הטרנספורמציה של תוצאה טרנספ' הקיוביט של B תוצאת המדידה B הטרנספ' של - - I X Z Y H I I C I H I I not

מקביליות קוונטית הכוח של אלגורתמים קוונטיים הוא ביכולת לחשב פונקציות על סופרפיזיציה של מצבים )למשל ) וזאת תודות ללינאריות של הטרנספורמציות האוניטריות אם נרצה, נוכל לחשב הפעלה של פונקציה f )שמוציאה ערך עם k ביטים( על כל הערכים ב- n ביטים ע"י: התחלה ממצב שכולו הפיכת המצב לסופרפוזיציה של כל המצבים ב- n ביטים ע"י Hadamard הוספת אנסילה של k קיוביטים שכולם חישוב הפונקציה על הסופרפוזיציה n מה הבעיה? איך נשתמש בכל ה- ערכים אם נוכל למדוד רק פעם אחת וגם אז לא נדע מראש איזו תוצאה נקבל?

טרנספורם הפוריה הקוונטי מפתח להרבה מהאלגוריתמים הקוונטיים הוא טרנספורם הפוריה הקוונטי באופן כללי, טרנספורם פוריה ממפה פונקציות ממישור הזמן למישור התדר מכאן שעבור פונקציה עם חזרתיות r תתקבל פונקציה עם ערכים שאינם אפס בכפולות של התדר DFT )טרנספורם פוריה דיסקרטי( פועל על N דגימות, בטווח ובהתאם יהיו ערכים שאינם אפס בסביבות של כפולות של DFT הוא FFT כאשר הוא חזקה של N r r N

טרנספורם הפוריה הקוונטי - המשך טרנספורם פוריה הקוונטי מקביל ל- FFT חזקות של ( באופן כללי הוא ה- DFT של, x x x c g ( ) G( c) c )עובד גם כן על כאשר מכאן שבעת מדידה ההסתברות לקבל תוצאה c היא G(x) G(x) g(x) נשים לב שאם נפעיל את הטרנספורם על פונקציה עם N חזרתיות r אז כאשר נמדוד נקבל תוצאה שהיא כפולה של r בפועל בצורה הזאת הדיוק מובטח רק כאשר r הוא חזקה של, אחרת מתקבלת הערכה שטיבה תלוי בגודלו של N

טרנספורם הפוריה הקוונטי - המשך m הטרמספורם הקוונטי N מוגדר באופן הבא: U QFT : x m m c e icx m c m( m ) ניתן לממש את הטרנספורם באמצעות שערים המכילים שערי,Hadamard ושתי טרנספורמציה אוניטריות נוספות

האלגוריתם של שור ב- 994 פיטר שור הציע אלגוריתם קוונטי לפרוק מספר לגורמים ראשוניים שרץ בזמן פולינומיאלי האלגוריתם הוא למעשה רדוקציה לבעיה אחרת )מציאת הסדר של חבורה כפלית( אשר אותה ניתן לפתור ביעילות ע"י אלגוריתם קוונטי בשימוש ב- Quantum Phase Estimation )אשר עושה שימוש בטרנספורם פוריה( בעיית מציאת הסדר: ומספר, מספר נתון: x * xz n פלט: ord(x), כלומר המספר הקטן ביותר ש- נותן את איבר היחידה בחבורה n בחזקה שלו

האלגוריתם של שור - המשך n( האלגוריתם של שור: )קלט מספר x,..., n בחר באקראי ניצחנו )מחלקים וממשיכים הלאה( - אם x, gcd( ו- n) אחרת ראשוני או חזקה של ראשוני ניצחנו. n אם נחשב אחרת אי זוגי אם. אם הפסדנו הפסדנו )כאשר שני הביטויים אינם אפס( - ) לכן מכאן ש- n מחלק את המכפלה )כי אחרת ניצחנו x t mod n x t mod n * xz n k k t gcd( x, n) k ord(x) t x t t x x mod n t x x t gcd( n, t x ) בהכרח 5

חישוב קוונטי אלגוריתמים קוונטיים יכולים להציע שיפור אקספוננציאלי בזמני ריצה עבור בעיות מסוימות בעוד שעבור בעיות אחרות ניתן לקבל לכל היותר שיפור פולינומיאלי Problems( )Blackbox הבעיה העיקרית היום להשתמש באלגוריתמים הנ"ל היא חוסר היכולת לבנות מחשב הקוונטי שמסוגל לעבוד עם מספר קיוביטים שרירותי התחום קיבל בשנים האחרונות המון תשומת לב וכנראה שנראה עוד הרבה שיפורים בעתיד...

שאלות?