Эмуляция квантовых вычислений

[Majestio]

Всем привет!

Немного почитал про квантовые компьютеры, про квантовые вычисления ... ну так, чисто совсем по верхам. И решил напрячь ChatGPT4 Дал задание написать эмулятор, который реализует эмуляцию "квантового сложения" двух кубитов, инициализируемых целыми числами 2 и 3. Но точного результата так и не добился. В первой итерации ИИ сделал прогу, которая печатала результат 2+3=3, вторая реализация даёт 2+3=10. Дальнейшие попытки уточнения ИИ просто меняет первый алгоритм на второй, потом второй на первый, и так в цикле.

Привожу код второй реализации, которая вычисляет 2+3=10. Кто в теме, гляньте pls, где тут неверные места в коде. Инициализация генератора псевдослучайных чисел проблему не решает - где-то не там не то

#include <iostream>
#include <complex>
 
class Qubit {
private:
    std::complex<double> alpha; // Коэффициент для состояния |0>
    std::complex<double> beta;  // Коэффициент для состояния |1>
 
public:
    // Конструктор для инициализации кубита
    Qubit(int value) {
        // Преобразование классического значения в квантовое состояние
        if (value == 0) {
            alpha = std::complex<double>(1, 0);
            beta = std::complex<double>(0, 0);
        } else if (value == 1) {
            alpha = std::complex<double>(0, 0);
            beta = std::complex<double>(1, 0);
        } else {
            // Для значений 2 и 3 создаем суперпозицию
            alpha = std::complex<double>(std::sqrt(2.0 / 5.0), 0); // Примерная амплитуда для |2>
            beta = std::complex<double>(std::sqrt(3.0 / 5.0), 0);  // Примерная амплитуда для |3>
        }
    }
 
    // Приватный конструктор для создания кубита из амплитуд
    Qubit(std::complex<double> a, std::complex<double> b) : alpha(a), beta(b) {}
 
    // Метод для выполнения операции сложения
    Qubit add(const Qubit& other) const {
        // Сложение амплитуд
        std::complex<double> newAlpha = alpha + other.alpha;
        std::complex<double> newBeta = beta + other.beta;
        return Qubit(newAlpha, newBeta);
    }
 
    // Метод для получения классического значения
    int toClassical() const {
        // Преобразуем амплитуды в классическое значение
        return static_cast<int>(std::round(std::norm(alpha) * 2 + std::norm(beta) * 3));
    }
 
    // Метод для печати состояния кубита
    void print() const {
        std::cout << "Состояние кубита: |0>: " << alpha << ", |1>: " << beta << std::endl;
    }
};
 
int main() {
    // Инициализация кубитов с числами 2 и 3
    Qubit qubit1(2); // Квантовое представление 2
    Qubit qubit2(3); // Квантовое представление 3
 
    // Печать состояний кубитов
    qubit1.print();
    qubit2.print();
 
    // Выполнение операции сложения
    Qubit result = qubit1.add(qubit2);
 
    // Преобразование результата в классическое представление
    int classicalResult = result.toClassical();
 
    // Печать результата
    std::cout << "Результат сложения (классическое представление): " << classicalResult << std::endl;
 
    return 0;
}

[Qraizer]

Значения ненормированы. Любая операция над кубитами должна завершаться нормированием состояния, чтобы сумма вероятностей вариантов суперпозиции была строго 1. Где-то потеряно деление на √2

Добавлено 28.10.24, 13:52
P.S. Не настолько спец в квантмехе, чтоб понимать квантовые алгоритмы, но походу, чтобы получилось 5, т.е. вдвое меньше 10, на √2 должны быть поделены каждый из компонент состояния – действительная и мнимая. Подозреваю, что правильный метод сложения

    Qubit add(const Qubit& other) const {
        // Сложение амплитуд
        std::complex<double> newAlpha = (alpha + other.alpha) / std::sqrt(2.0);
        std::complex<double> newBeta = (beta + other.beta) / std::sqrt(2.0);
        return Qubit(newAlpha, newBeta);

но это неточно

[Majestio]

Qraizer, прикольно - но ответ совпал с желаемым!

Цитата Qraizer @ 28.10.24, 13:47

понимать квантовые алгоритмы

Qraizer и прочие уважаемые амигос - где, чего почитать, чтобы понять всю глубину этих глубин???

Чисто для того, чтобы было и потом вспомнилось ... может быть

Скрытый текст

>>> Инструкции для арифметических операций:
FADD: Сложение двух чисел с плавающей запятой.
FSUB: Вычитание двух чисел с плавающей запятой.
FMUL: Умножение двух чисел с плавающей запятой.
FDIV: Деление двух чисел с плавающей запятой.
FABS: Получение абсолютного значения числа с плавающей запятой.
FMAX: Нахождение максимума между двумя числами с плавающей запятой.
FMIN: Нахождение минимума между двумя числами с плавающей запятой.
>>> Инструкции для работы с векторными данными:
ADDPS: Сложение упакованных чисел с плавающей запятой одинарной точности.
SUBPS: Вычитание упакованных чисел с плавающей запятой одинарной точности.
MULPS: Умножение упакованных чисел с плавающей запятой одинарной точности.
DIVPS: Деление упакованных чисел с плавающей запятой одинарной точности.
RCPPS: Обратное значение для упакованных чисел с плавающей запятой одинарной точности.
SQRTPS: Извлечение квадратного корня из упакованных чисел с плавающей запятой одинарной точности 
>>> Инструкции для работы с двойной точностью:
ADDPD: Сложение упакованных чисел с плавающей запятой двойной точности.
SUBPD: Вычитание упакованных чисел с плавающей запятой двойной точности.
MULPD: Умножение упакованных чисел с плавающей запятой двойной точности.
DIVPD: Деление упакованных чисел с плавающей запятой двойной точности.

Добавлено 28.10.24, 15:59

Цитата Qraizer @ 28.10.24, 13:47

правильный метод сложения

Стоп ... увы. Не, не катит. 2+8, 11+7, 14+2 ... все это даёт неверные вычисления!

[Qraizer]

Я сильно сомневаюсь, что сложение вообще правильно запрограммировано. ИМХО нужно не складывать, а эмулировать через битовые операции, а их в свою очередь выполнять кубитной логикой, а не двоичной.

Добавлено 28.10.24, 18:15
Счас вот нарыл вот такую вот хреновину, и вот смотря вот в код, вообще нифика не то. Вот.

[Majestio]

Цитата Qraizer @ 28.10.24, 18:03

Счас вот нарыл вот такую вот хреновину, и вот смотрят вот в код, вообще нифика не то. Вот.

+1 ... Сцка, проекты нагрянули Освобожусь - пойду читать, ибо чую там что-то из теории!