High-performance simulation of interacting multiparticle quantum walks with Apache Spark

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2018
Autor(a) principal: Albuquerque, André Luiz Figueiredo de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Brasil
Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Sistemas e Computação
UFRJ
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://hdl.handle.net/11422/13167
Resumo: Although many quantum algorithms have been developed in the last few decades with considerable speedup when compared to their best classical counterparts, the task of building a general purpose quantum computer is still a technological challenge. While the hardware necessary to run quantum algorithms is not available, researchers rely on classical simulations. However, the most interesting simulations are very demanding of computational resources due to the amount of data growing exponentially with the instance sizes and, thus, high performance computing techniques are necessary. Multiparticle quantum walks have been receiving a great deal of attention recently as a tool for designing quantum algorithms and for modeling physical phenomena. In the present work, we show that Apache Spark, a framework for large-scale data processing, can be used to simulate quantum walks with multiple interacting particles, with instance sizes that are impractical on single-processor, general-purpose computers. We also provide a prototype for quantum walks simulations, suitable to computer clusters, being developed atop of Spark.
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spelling High-performance simulation of interacting multiparticle quantum walks with Apache SparkSimulação em alta performance de caminhadas quânticas de multipartículas interativas com Apache Sparkquantum walksimulationhigh performance computingmap-reduceapache sparkCNPQ::ENGENHARIASAlthough many quantum algorithms have been developed in the last few decades with considerable speedup when compared to their best classical counterparts, the task of building a general purpose quantum computer is still a technological challenge. While the hardware necessary to run quantum algorithms is not available, researchers rely on classical simulations. However, the most interesting simulations are very demanding of computational resources due to the amount of data growing exponentially with the instance sizes and, thus, high performance computing techniques are necessary. Multiparticle quantum walks have been receiving a great deal of attention recently as a tool for designing quantum algorithms and for modeling physical phenomena. In the present work, we show that Apache Spark, a framework for large-scale data processing, can be used to simulate quantum walks with multiple interacting particles, with instance sizes that are impractical on single-processor, general-purpose computers. We also provide a prototype for quantum walks simulations, suitable to computer clusters, being developed atop of Spark.Embora muitos algoritmos quânticos têm sido desenvolvidos nas últimas décadas com consideráveis ganhos em complexidade quando comparados a seus equivalentes clássicos, a construção de um computador quântico de propósito geral ainda é um desafio tecnológico. Enquanto o hardware necessário para rodar algoritmos quânticos ainda não está disponível, pesquisadores dependem de simulações clássicas. Entretanto, as simulações mais interessantes demandam grandes quantidades de recurso computacional devido à quantidade de dados crescer exponencialmente em relação ao tamanho das instâncias e, assim, técnicas de computação de alto desempenho são necessárias. Caminhadas quânticas de multipartículas têm recebido grande atenção recentemente como uma ferramenta para desenvolvimento de algoritmos quânticos e para modelagem de fenômenos físicos. No presente trabalho, nós mostramos que o Apache Spark, um arcabouço para processamento de dados em larga escala, pode ser usado para simular caminhadas quânticas de multipartículas interativas, com tamanhos que são impraticáveis em computadores de propósito geral e com apenas um processador. Nós também disponibilizamos um protótipo para simulações de caminhadas quânticas, adequado para clusters de computadores, desenvolvido utilizando o Spark.Universidade Federal do Rio de JaneiroBrasilInstituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de EngenhariaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Sistemas e ComputaçãoUFRJLima, Alexandre de Assis Bentohttp://lattes.cnpq.br/6383271274098914http://lattes.cnpq.br/2292420577280309Marquezino, Franklin de Limahttp://lattes.cnpq.br/5727472788265998Farias, Ricardo Cordeiro dePortugal, RenatoKowada, Luis Antonio BrasilAlbuquerque, André Luiz Figueiredo de2020-10-04T03:00:46Z2023-12-21T03:02:21Z2018-03info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://hdl.handle.net/11422/13167enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRJinstname:Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)instacron:UFRJ2023-12-21T03:02:21Zoai:pantheon.ufrj.br:11422/13167Repositório InstitucionalPUBhttp://www.pantheon.ufrj.br/oai/requestpantheon@sibi.ufrj.bropendoar:2023-12-21T03:02:21Repositório Institucional da UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)false
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