Научный архив: статьи

This work introduces the concept of the Fundamental Limit of Quantum Computation (FLQC) - a precision limit of any quantum computing device arising from the discrete structure of spacetime at the Planck scale. The limit cannot be overcome by any technological progress. Consequences for Shor’s algorithm and error correction are discussed, together with a separate, hardware-dependent experimental programme targeting the graph’s noise-Hamiltonian critical temperature T_c (a few mK to tens of mK, set by each device’s own couplings and topology). Numerical simulation phase-resolution test protocol with qiskit: https://github. com/SergejMaterov/FLQC-Protocol

Задача на определение знака числа является одной из проблемных в системе остаточных классов. Эта операция играет фундаментальную роль, поскольку лежит в основе других сложных для реализации операций, таких как сравнение чисел и деление. Традиционные алгоритмы основываются на вычислениях с определенными, специально подобранными наборами модулей, что делает такие алгоритмы эффективными только для ограниченного круга задач. Цель данной работы состоит в разработке нового алгоритма определения знака числа в системе остаточных классов. Новизна представленного алгоритма заключается в использовании дробных значений в модифицированной версии Китайской теоремы об остатках, что в свою очередь обеспечивает универсальность алгоритма и его применимость в системах остаточных классов любого типа. Разработанный подход позволяет эффективно определять знак числа в системе остаточных классов, не накладывая ограничений на выбор конкретного набора модулей. Программное моделирование показало увеличение быстродействия работы разработанного алгоритма в сравнении с известным методом на основе быстрого преобразования в обобщенной позиционной системе счисления. Полученные результаты могут эффективно использоваться в различных системах цифровой обработки сигналов и задачах машинного обучения.

При создании высокопроизводительных вычислительных систем много усилий уделяется вопросам надежности. Децентрализованная архитектура параллельной потоковой вычислительной системы и распределение ресурсов, поддержанное на уровне аппаратуры, позволяют без дополнительных аппаратных затрат реализовать т. н. метод программного мажорирования. В статье рассматриваются варианты реализации функционала мажоритарного элемента в параллельной потоковой вычислительной системе на основе процессора сопоставлений с использованием особенностей его функционирования. Проанализированы преимущества и недостатки вариантов реализации функционала мажоритарного элемента.

В статье рассматриваются аспекты апробации прототипа потокового рекуррентного сигнального процессора на одном из ключевых алгоритмов цифровой обработки сигналов - фильтре с конечной импульсной характеристикой. Первая попытка реализации блочного КИХ-фильтра показала высокий уровень производительности рассматриваемого прототипа. Однако избыточность потоковой программы оказалась слишком высокой. Был осуществлен анализ методов программной и аппаратной оптимизации реализации КИХ-фильтров. По результатам данного анализа определены основные направления для усовершенствования прототипа рекуррентного сигнального процессора. Средства аппаратной поддержки алгоритма Быстрого преобразования Фурье, созданные на более ранних этапах разработки прототипа, были успешно доработаны и использованы для реализации КИХ-фильтра. Данное решение позволило снизить избыточность потоковой программы реализации блочного КИХ-фильтра почти на 80% и повысить скорость загрузки отсчетов обрабатываемого сигнала.

В статье рассматриваются варианты отображения классической программной конструкции «цикл» в потоковую парадигму программирования, реализованную в архитектуре параллельной потоковой вычислительной системы (ППВС). Кратко описаны потоковая модель вычислений с динамически формируемым контекстом и реализующая её архитектура ППВС. Приведены примеры, поясняющие специфику использования вариантов отображения конструкции «цикл». Отдельно описаны методы контроля окончания циклов. Проанализированы преимущества и недостатки описанных вариантов и методов.

В статье рассматривается проблема оптимизации производительности систем искусственного интеллекта в реальном времени. Предложена гибридная архитектура мониторинга, сочетающая традиционные методы с машинным обучением. Проведено экспериментальное исследование, показавшее повышение производительности на 25-30% и снижение затрат на инфраструктуру на 25%. Результаты могут применяться для масштабирования существующих ИИ-систем.

В статье поднимается проблема профессионального совершенствования инструктора по физической культуре в условиях современной образовательной среды дошкольной организации (ДО) на примере Уральского региона. Актуальность исследования обусловлена наличием выделенного противоречия между потребностями общества, образовательных систем в подготовке инструкторов по физической культуре, обладающих профессиональной компетентностью для решения задач по реализации образовательной области «Физическое развитие» детей дошкольного возраста с учетом Федерального государственного образовательного стандарта дошкольного образования (ФГОС ДО) и недостаточной разработанностью теоретических оснований и практики подготовки таких специалистов в условиях современной образовательной среды ДОО. Представлена разработанная автором структура диагностических (контрольно-измерительных) материалов (тестов) для выявления имеющихся профессиональных дефицитов педагогов, а также оценке уровня сформированности профессиональных компетенций. Приведена в виде схемы модель формирования профессиональной компетентности педагога - инструктора по физической культуре дошкольной образовательной организации (ДОО).

В статье рассматривается архитектура вычислительного узла конвейерного типа, предназначенная для реализации набора вычислений, соответствующих классам вычислительных задач с подобным набором операций и линейной последовательностью действий, для которой возможна реализация архитектуры с передачей данных между отдельными стадиями конвейера. В качестве типов задач рассматриваются цифровая обработка сигналов, вычисление трансцендентных и хэш-функций, базовые операции с плавающей точкой и операции вычисления выхода нейрона для построения нейроморфных вычислительных структур. Совмещение нескольких типов операций в рамках одного конфигурируемого конвейера позволяет расширить область применения таких вычислительных структур, реализуемых в составе СБИС ускорителей вычислений. Применение конфигурируемых конвейеров позволяет частично сконцентрировать вычислительные ресурсы, уменьшив таким образом возможное многообразие коммутаций между ними, характерное для многоядерных процессоров с архитектурой связей типа «решетка». Кроме того, характерные особенности задач цифровой обработки сигналов в виде большого динамического диапазона коэффициентов фильтра при их реализации в последовательном конвейерном вычислителе позволяют использовать минимально необходимое количество стадий конвейера, динамически адаптируя их к конкретному набору используемых коэффициентов фильтра. Аналогично выполняется операция «обрезки» при реализации нейросетей. Для конвейера предложено двухступенчатое конфигурирование с регистром конфигурации коммутаторов, содержащим несколько программируемых наборов управляющих сигналов, и памятью последовательности включения этих наборов, что позволяет динамически управлять работой конвейера при его реализации в составе СБИС.