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Publicado em: 23/10/2013

Dissertação de Mestrado em Microeletrônica

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
INSTITUTO DE INFORMÁTICA
PROGRAMA DE POS-GRADUAÇÃO EM COMPUTAÇÃO
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DEFESA DE DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
Aluno: Calebe Micael de Oliveira Conceição
Orientador: Prof. Dr. Ricardo Augusto da Luz Reis
Título: Uma Arquitetura de Co-Processador para Simulação de Algoritmos Quânticos em FPGA
Linha de Pesquisa: Microeletrônica
Data:  25/10/2013
Hora:  16h
Local: Sala 220 (conselhos). Prédio 43412 – Instituto de Informática
Banca Examinadora:
Dr. Guilherme Bontorin Alves (LIRMM)
Prof. Dr. Marcelo de Oliveira Johann (UFRGS)
Prof. Dr. Sandra Denise Prado (UFRGS/IF)
Presidente da Banca: Prof. Dr. Ricardo Augusto da Luz Reis
Resumo:
Simuladores quânticos têm tido um importante papel no estudo e desenvolvimento da computação quântica ao longo dos anos. A simulação de algoritmos quânticos em computadores clássicos é computacionalmente difícil, principalmente devido à natureza paralela dos sistemas quânticos. Para acelerar essas simulações, alguns trabalhos propõem usar hardware paralelo programável como FPGAs, o que diminui consideravelmente o tempo de execução. Contudo, essa abordagem tem três problemas principais: pouca escalabilidade, já que apenas transfere a complexidade do domínio do tempo para o domínio do espaço; a necessidade de re-síntese a cada mudança no algoritmo; e o esforço extra ao projetar o código RTL para simulação. Para lidar com esses problemas, uma arquitetura de um co-processador SIMD é proposta, cujas operações das portas quânticas está baseada no modelo Network of Butterflies. Com isso, eliminamos a necessidade de re-síntese com mudanças pequenas no algoritmo quântico simulado, e eliminamos a influência de um dos fatores que levam ao crescimento exponencial do uso de recursos da FPGA.
Adicionamente,desenvolvemos uma ferramenta para geração automática do código RTL sintetizável do co-processador, reduzindo assim o esforço extra de projeto.
Palavras-Chave: Ciência da Computação, Microeletrônica, Mecânica Quântica, Computação Quântica, Algoritmos Quânticos, Simulação, Ferramenta EDA, Circuitos Quânticos, Co-processador, FPGA.

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
INSTITUTO DE INFORMÁTICA
PROGRAMA DE POS-GRADUAÇÃO EM COMPUTAÇÃO———————————————————
DEFESA DE DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Aluno: Calebe Micael de Oliveira Conceição
Orientador: Prof. Dr. Ricardo Augusto da Luz Reis
Título: Uma Arquitetura de Co-Processador para Simulação de Algoritmos Quânticos em FPGA 
Linha de Pesquisa: Microeletrônica

Data:  25/10/2013
Hora:  16h
Local: Sala 220 (conselhos). Prédio 43412 – Instituto de Informática

Banca Examinadora:
Dr. Guilherme Bontorin Alves (LIRMM)
Prof. Dr. Marcelo de Oliveira Johann (UFRGS)
Prof. Dr. Sandra Denise Prado (UFRGS/IF)

Presidente da Banca: Prof. Dr. Ricardo Augusto da Luz Reis

Resumo: Simuladores quânticos têm tido um importante papel no estudo e desenvolvimento da computação quântica ao longo dos anos. A simulação de algoritmos quânticos em computadores clássicos é computacionalmente difícil, principalmente devido à natureza paralela dos sistemas quânticos. Para acelerar essas simulações, alguns trabalhos propõem usar hardware paralelo programável como FPGAs, o que diminui consideravelmente o tempo de execução. Contudo, essa abordagem tem três problemas principais: pouca escalabilidade, já que apenas transfere a complexidade do domínio do tempo para o domínio do espaço; a necessidade de re-síntese a cada mudança no algoritmo; e o esforço extra ao projetar o código RTL para simulação. Para lidar com esses problemas, uma arquitetura de um co-processador SIMD é proposta, cujas operações das portas quânticas está baseada no modelo Network of Butterflies. Com isso, eliminamos a necessidade de re-síntese com mudanças pequenas no algoritmo quântico simulado, e eliminamos a influência de um dos fatores que levam ao crescimento exponencial do uso de recursos da FPGA. Adicionamente,desenvolvemos uma ferramenta para geração automática do código RTL sintetizável do co-processador, reduzindo assim o esforço extra de projeto. 

Palavras-Chave: Ciência da Computação, Microeletrônica, Mecânica Quântica, Computação Quântica, Algoritmos Quânticos, Simulação, Ferramenta EDA, Circuitos Quânticos, Co-processador, FPGA.