EFFECTIVENESS OF QUANTUM COMPUTERS IN SOLVING COMPLEX PROBLEMS
DOI:
https://doi.org/10.32689/maup.it.2024.4.1Keywords:
computational technologies, process optimization, quantum algorithms, high-performance systems, technical innovationsAbstract
The study establishes that quantum computing represents a significant advancement in modern science, providing new opportunities to solve problems that are unattainable for classical computing systems. The relevance of this research stems from the rapid development of quantum technologies, which hold the potential to revolutionize fields such as finance, chemistry, materials science, and cryptography. It has been revealed that quantum computers significantly enhance the efficiency of optimization processes, large-scale data analysis, and complex system modeling, which is critically important in the current era of rapidly growing information volumes. The purpose of the article is to study the effectiveness of quantum computing in solving complex problems, analyze the main problems of its implementation, and develop recommendations for integrating these technologies into high-performance computing infrastructures. Methodology. The study analyzes the key principles of quantum computing, including superposition, quantum entanglement, and interference, while assessing the potential of quantum algorithms such as Shor’s and Grover’s. A comparative analysis of theoretical and practical aspects of quantum computer implementation across various fields, such as finance, chemistry, materials science, and cryptography, has been conducted. A systematic analytical approach has been employed to identify challenges and potential applications of quantum computing technologies. Scientific Novelty. The scientific novelty lies in the comprehensive analysis of the applied aspects of quantum computing, the identification of major technical and infrastructural challenges in its implementation, and the development of recommendations for integrating quantum technologies into modern computing systems. Prospects for the use of quantum algorithms in emerging areas such as medical diagnostics, climate change forecasting, and intelligent management systems have also been identified. Conclusion. The study concludes that quantum computing has the potential to significantly improve the efficiency of solving complex problems, however its large-scale implementation is constrained by technical and infrastructural challenges. Recommendations include improving hardware, developing new error-correction algorithms, creating standards for integrating quantum and classical systems, and advancing cloud-based services to make quantum computing more accessible. Prospects for further research include expanding the scope of quantum technologies and preparing specialists capable of working with these innovative systems.
References
Ватолкін Д. П., Гусева Ю. І. Використання квантових обчислень у наукових дослідженнях. Історія розвитку науки, техніки та освіти: збірник праць ХХІІ Міжнародної молодіжної науково-практичної конференції, за темою високі технології та сучасні виклики (м. Київ, 18 квітня 2024 р.). Київ, 2024. С. 158–163. URL: https://histeproc.kpi.ua/article/view/304530 (дата звернення: 16.11.2024).
Горбенко Ю. І., Ганзя Р. С. Аналіз шляхів розвитку криптографії після появи квантових комп’ютерів. Вісник Національного університету Львівська політехніка. Комп’ютерні системи та мережі. 2014. Вип. 806. С. 40–48. URL: https://science.lpnu.ua/sites/default/files/journal-paper/2017/nov/6624/8-40-48.pdf (дата звернення: 16.11.2024).
Задірака В., Терещенко А., Швидченко І. Багаторозрядна арифметика у послідовній, паралельній та квантовій моделях обчислень. Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології. 2023. Вип. 36. С. 87–91. URL: http://www.fmmit.lviv.ua/index.php/fmmit/article/view/282 (date of access: 16.11.2024).
Зибін С. Оптимізація розробки структур і трафіків передачі інформації в захищених корпоративних мережах. Кількісна оптимізація. Кібербезпека: освіта, наука, техніка. 2020. № 7 (Том 3). C. 103–114. DOI: 10.28925/2663-4023.2020.7.103114
Каптьол Є. Аналіз впливу квантових комп’ютерів на безпеку механізмів інкапсуляції ключів на прикладі ДСТУ 8961: 2019 «Скеля». Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології. 2023. № 36. С. 106–110. URL: http://www.fmmit.lviv.ua/index.php/fmmit/article/view/286 (дата звернення: 16.11.2024).
Каптьол Є. Ю., Горбенко І. Д. Аналіз можливостей та особливості програмування завдань криптології на квантовому комп’ютері. Radiotekhnika. 2020. Вип. 202. С. 37–48. DOI: https://doi.org/10.30837/rt.2020.3.202.03 (дата звернення: 16.11.2024).
Корольов В. Ю., Ходзінський О. М. Розв’язування завдань комбінаторної оптимізації на квантових комп’ютерах. Кібернетика та комп’ютерні технології. 2020. № 2. С. 5–13. URL: https://icyb180.org.ua/wp-content/uploads/2020/07/rozvyazuvannya-zadach-kombinatornoyi-optimizatsiyi-na-kvantovih-komp-yuterah.pdf (дата звернення: 16.11.2024).
Кулешник Я. Ф., Сорокач О. В. Квантові комп’ютери та кубіти. Інформаційні технології в освіті та практиці: матеріали Всеукраїнської науково-практичної конференції (Львів, 17 грудня 2021 р.). Львів: ЛьвДУВС, 2021. С. 43–45. URL: https://dspace.lvduvs.edu.ua/bitstream/1234567890/4309/1/17_12_2021.pdf#page=43 (дата звернення: 16.11.2024).
Нестеров В. Дослідження впливу аналітики великих даних на ефективність бізнесу в цифрову епоху. Інформаційні технології та суспільство. 2024. Вип. 1 (12). С. 70–76. DOI: https://doi.org/10.32689/maup.it.2024.1.10
Ткачук А. Особливості розгляду питання «квантові комп’ютери» під час вивчення основ елементної бази сучасної комп’ютерної електроніки та ЕОМ. Наукові записки. Серія: Педагогічні науки. 2021. Вип. 198. С. 181–184. DOI: https://doi.org/10.36550/2415-7988-2021-1-198-181-184
Трифонова O. M., Садовий M. I. Сучасні інноваційні технології та методика професійного навчання квантових комп’ютерів. Наукові записки. Серія: Педагогічні науки. 2023. Вип. 209. С. 373–379. DOI: https://doi.org/10.36550/2415-7988-2022-1-209-373-379
Трифонова О. М., Садовий М. І. Сучасні інноваційні технології та методика професійного навчання квантових комп’ютерів. Наукові записки. Серія: Педагогічні науки. 2023. Вип. 209. С. 373–379. DOI: https://doi.org/10.36550/2415-7988-2022-1-209-373-379
Gill S. S., Buyya R. Transforming Research with Quantum Computing. Journal of Economy and Technology. 2024. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2949948824000295?via%3Dihub (date of access: 16.11.2024).
Hassija V., Chamola V., Gupta V., Jain S., Guizani M. Present landscape of quantum computing. IET Quantum Communication. 2020. Vol. 1. № 2. P. 42–48. DOI: https://doi.org/10.1049/iet-qtc.2020.0027
Hunko I. Software Testing in 2023: New Trends and Challenges. Herald of Kyiv Institute of Business and Technology. 2023. Vol. 49. № 1–2. P. 25–36. DOI: https://doi.org/10.37203/kibit.2023.49.03
Hussain S., Neupane Y., Wang W. L., Ibrahim N., Khan S. U. R., Kareem A. Empirical Investigation of Quantum Computing on Solving Complex Problems. In: Kruchten P., Gregory P. (eds) Agile Processes in Software Engineering and Extreme Programming – Workshops. XP XP 2022 2023. Lecture Notes in Business Information Processing. Vol. 489. Springer, Cham, 2024. P. 150–163. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-48550-3_22
Ming W. S. The Role of Quantum Computing in Solving Complex Global Problems. Hong Kong International Journal of Research Studies. 2023. Vol. 1. № 1. P. 18–25. URL: https://octopuspublication.com/index.php/hkijrs/article/view/4 (date of access: 16.11.2024).
Njeri N. Quantum Computing Algorithms for Solving Complex Optimization Problems. Journal of Advanced Technology and Systems. 2023. Vol. 1. № 1. P. 24–34. URL: https://forthworthjournals.org/journals/index.php/JATS/article/view/13 (date of access: 16.11.2024).