Реализация векторной модели данных с использованием SIMD регистров
Authors: Ходченков В.Ю. , Мунерман В.И. 
Published: December 2024

В статье рассматривается возможность реализации векторной модели данных с использованием SIMD регистров. Необходимость решения этой проблемы вытекает из того факта, что человечество находится на пороге перехода от обычных компьютеров к их квантовым аналогам. На данный момент эмуляторы развиты недостаточно хорошо для свободной работы над квантовыми алгоритмами. Однако потребность в построении квантовых алгоритмов растёт с каждым новым шагом в разработке полноценного общедоступного квантового компьютера. В статье предлагается метод реализации векторной модели данных с использованием SIMD регистров. Наиболее близкой к параллельной векторной реализации является гипотетическая реализация квантового компьютера, поэтому именно она может послужить основой к разработке модели отвечающей всем критериям квантовой модели, но без использования реальной квантовой системы, что позволит сэкономить средства и увеличить эффективность разработки квантовых систем. Используется терминология области разработки квантовых компьютеров. На сегодняшний день, в большинстве источников, которые приводят метод формирования квантового сумматора, речь идёт о создании неких кубитовых регистров для хранения складываемых чисел. То есть, число хранится в двоичной форме в регистре кубит, каждый из которых находится в определённом квантовом состоянии, не запутанном, а измеренном. Значит, регистр такого вида является по своей сути обыкновенным битовым регистром. Такой подход относительно лёгок в реализации, но он не имеет практического смысла и применения, ведь выигрыш в скорости вычисления в этом случае крайне низок. Поэтому, можно сказать, что превращение кубита в обычный бит, не имеет смысла. Целью данной работы является оформление полученных ранее теоретических результатов в виде полноценной модели вычислений, которая позволит разработать новый тип сумматора на основе матричных операций.

The article considers the possibility of implementing a vector data model using SIMD registers. The need to solve this problem stems from the fact that humanity is on the verge of transition from conventional computers to their quantum counterparts. Emulators are not well-developed for free work on quantum algorithms. However, the need to build quantum algorithms is growing with each new step in the development of a full-fledged public quantum computer. The article proposes a method for implementing a vector data model using SIMD registers. The closest to a parallel vector implementation is a hypothetical implementation of a quantum computer, so it can serve as the basis for developing a model that meets all the criteria of a quantum model, but without using a real quantum system, which will save money and increase the efficiency of developing quantum systems. The terminology of the field of development of quantum computers is used. Today, in most sources that give a method for forming a quantum adder, we are talking about creating some kind of qubit registers for storing added numbers. That is, the number is stored in binary form in a register of qubits, each of which is in a certain quantum state, not entangled, but measured. This means that a register of this kind is inherently an ordinary bit register. This approach is relatively easy to implement, but it has no practical meaning and application, because the gain in calculation speed in this case is extremely low.