Синтез відмовостійких зворотних логічних пристроїв методами штучного інтелекту

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вирішенню науково- прикладної задачі підвищення ефективності автоматизованого проєктування зворотних та квантових логічних схем шляхом використання методів штучного інтелекту. У роботі запропоновано та практично реалізовано інформаційну технологію структурного синтезу відмовостійких пристроїв на базі узагальнених вентилів Фредкіна, що забезпечують збереження парності сигналів та мінімізацію квантової вартості. Розроблено вдосконалений генетичний метод, який базується на об'єктно-орієнтованому представленні хромосом та застосуванні адаптивних операторів багатокомпонентної мутації, що дозволило ефективно долати проблему передчасної збіжності та оптимізувати топологію схем великої розмірності. Створено програмний комплекс мовою C#, інтегрований із фреймворком IBM Qiskit через автоматичну генерацію OpenQASM-коду, що забезпечує верифікацію синтезованих рішень на реальних квантових симуляторах. Експериментально підтверджено ефективність запропонованих підходів на еталонних функціях та проведено апаратну верифікацію на базі FPGA, що продемонструвало високу швидкість обробки даних та стійкість до збоїв. Отримані результати є підґрунтям для створення енергоефективних компонентів систем на кристалі та розвитку засобів автоматизації проєктування квантових обчислювачів і криптографічних систем.