Научно-исследовательская лаборатория "Квантовые методы обработки данных"
Научно-исследовательская лаборатория «Квантовая информатика» создана 07 мая 2020 года (приказ №01-03/377 от 07.05.2020).
Научный руководитель лаборатории - Васильев Александр Валерьевич, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры системного анализа и информационных технологий Института вычислительной математики и кибернетики КФУ.
Работа лаборатории относится к направлению «Квантовые информационные технологии» и затрагивает такие области как квантовые вычисления, квантовые коммуникации и квантовую криптографию. Область квантовых вычислений ставит множество задач как для математиков, так и для физиков. Причем обе категории исследователей движутся навстречу друг другу: одни разрабатывают быстрые и эффективные по памяти квантовые алгоритмы, а вторые продвигаются к созданию полномасштабных квантовых вычислителей, способных устойчиво работать достаточно продолжительное время.
В лаборатории проводятся комплексные исследования по обоим указанным направлениям. В частности, проводится исследование классических детерминированных, вероятностных, а также квантовых моделей коммуникационных вычислений, ветвящихся программ, схем и автоматов, их сравнительных характеристик. В рамках этих моделей развиваются методы построения эффективных алгоритмов реализации дискретных функций, изучаются нижние оценки сложности, а также строятся иерархии классов сложности. Также ведется разработка обобщенных вариантов квантового хеширования и построения на его основе эффективных и защищенных квантовых коммуникационных протоколов.
С другой стороны, осуществляется разработка физико-математической модели классически-квантового вычислителя - гибридного квантового компьютера, состоящего из небольшого (по памяти) квантового устройства, работающего под управлением классического компьютера и взаимодействующего с такими же устройствами по классическим и квантовым каналам связи. Кроме того, ведется разработка программного комплекса, обеспечивающего работу такого гибридного устройства. В состав этого комплекса входят ряд подсистем: визуальная среда для проектирования, анализа и оптимизации квантовых протоколов, система программирования данного устройства и эмулятор, который в отсутствие реального физического устройства в системе будет выполнять функции квантового сопроцессора. Причем в эмулятор включается реализация физических моделей декогеренции, мешающей нормальному ходу вычислений, а также реализация методов исправления ошибки для борьбы с декогеренцией. Таким образом, предлагаемый комплекс будет полезен еще до создания полнофункиональных квантовых вычислителей, т.к. может быть использован для апробации их физических моделей, разработке и анализе квантовых алгоритмов и протоколов, разработке кодов с исправлением ошибок и физико-математических моделей помехоустойчивых квантовых вычислений.
