Proyecto de Graduación
Implementación de Algoritmos Cuánticos con FPGA
Autor
Darwin Valentín Luque Madrid
Resumen
La computación cuántica es uno de los grandes retos de las ciencias computacionales hoy en día, por lo que en la presente tesis se presenta una implementación en hardware del algoritmo cuántico de Deutsch aplicado a distintos problemas utilizando circuitos digitales tradicionales. Los circuitos se desarrollaron utilizando el software Digital, el cual permite generar el circuito a Verilog para luego sintetizarlo en una FPGA. Esta investigación es de enfoque cuantitativo y posee un diseño experimental, para su desarrollo se basó en el modelo Incremental, comenzando desde una compuerta cuántica hasta la realización del algoritmo propuesto aplicado a dos problemas distintos, uno más complejo que el otro. Como principal resultado se pudieron realizar varias compuertas cuánticas para el desarrollo del algoritmo cuántico donde se destaca la compuerta cuántica Haddamard. Como se mencionó el algoritmo se logró aplicar a dos problemas distintos, el problema de Deutsch y el problema de Deutsch-Jozsa. Finalmente se concluye que es factible por un lado implementar un algoritmo cuántico utilizando circuitos digitales tradicionales y obtener un mejor desempeño, en comparación con una simulación en software, al sintetizar dicho circuito en una FPGA. Demostrando esta herramienta ser capaz de emular estos algoritmos cuánticos demostró también que estos aligeran los procesos y permiten una respuesta más rápida para la resolución de los problemas planteados en comparación de su contraparte clásica. Quantum computing has been one of the biggest challenges nowadays for computer science, for which then the given thesis we present an implementation in hardware of Duetsch’s quantum algorithm applied to different problems using traditional digital circuits. This circuits where develop on a software named Digital, which allows to generate a digital circuit to Verilog for then synthesize it to an FPGA. This investigation has a quantitative approach and poses an experimental design, for which development is based on an incremental model, beginning on a quantum gate all the way to the quantum algorithm itself, this one being applied to two different cases, one being more complex than the other. As a main result various quantum gates were realized for the development in which the quantum gate Haddamard stands out. The algorithm was applied to two different problems, as mentioned, Deutsch’s problem and Deutsch-Jozsa’s problem. Finally, we concluded that is feasible in a way to Implement de quantum algorithm using classic digital circuits and obtaining a better improve, in comparison with a Simulation in software, to synthesis such circuit on an FPGA. Showing us that this tool it’s capable to emulate such quantum algorithms demonstrating that these too speed things up and allow a much quicker answer for the resolution of the described problems in comparison with its classic counterpart.