18277

۱۸۲۷۷

طراحي و مقايسه پارامترهاي پردازش سيگنال پردازشگرهاي بيوپزشكي مبتني بر پردازنده هاي كوانتومي

كارشناسي ارشد

الكترونيك

مهر ماه 1396

دكتر شهرام محمد نژاد

برق

پردازنده هايي كه از قوانين مكانيك كوانتومي پيروي مي¬كنند، پتانسيل بالايي در حل برخي مسايل رياضي از جمله الگوريتم پيدا كردن فاكتورهاي اوليه ييك عدد و الگوريتم جست و جوي پايگاه داده از خود نشان داده اند. دراين مطالعه، كارايي پردازنده هاي كوانتومي در انجام اعمال مربوط به يك پردازنده ي بيوپزشكي كه به طور خاص به در پردازش سيگنال¬هاي نشان دهنده ي ضربان قلب يا الكتروكارديوگرام (اي.سي.جي) مورد استفاده قرار مي¬گيرند، پرداخته مي¬شود.ركوردهاي 30 دقيقه¬اي شماره ي 105 موجود در بانك ركورد هاي آريتمي دانشگاه ام آي تي براي پردازش انتخاب شدند. هدف از مطالعه پيدا كردن فاصله ي دو ضربان متوالي قلب كه به بازه ي آر-آر معروف است بر روي يك پردازنده يكوانتومي مي¬باشد. انجام اين هدف، نيازمند پياده سازي سه عمل مهم بر روي يك پردازنده ي كوانتومي مي¬باشد. ابتدا بايد سيگنال كلاسيك اي سي جي به صورت كوانتومي بيان شود كه در اين مطالعه دو مدار كوانتومي براي آن ارائه شد و پيچيدگي مداري آن¬ها مورد بررسي قرار گرفت. سپس به ارائه ي مداري براي پياده سازي فيلتر ديجيتال بر روي يك پردازنده ي كوانتومي پرداخته شد. مكانيك كوانتوم اجازه ي بدل سازي محتواي كيوبيت ها را نمي دهد. بنابراين پياده سازي ثبّات هاي تأخيرمورد نياز در مدار فيلتر ديجيتال ناممكن است. بنابراين براي ارائه ي مدار كوانتومي فيلتر كردن بايد چندين بدل از سيگنال در مرحله ي تبديل داده هاي كلاسيك به كوانتوم ايجاد شود. سيگنال فيلترشده به صورت يك حالت برهم نهي در ثبّات كوانتومي ذخيره مي شود. نشان داده شد كه توانايي كيوبيت هاي كوانتومي در قرار گرفتن در حالت برهم نهي، باعث افزايش نمايي در ظرفيت ذخيره سازي مي-شود. نتيجه ي اين توانايي فيلتر كردن همزمان تعداد نمايي از نمونه هاي ورودي به مدار فيلتر شد.خروجي فيلتر براي پيدا كردن زمان وقوع موج آر به مرحله ي آشكارسازي فرستاده شد.براي اين منظور يك مدار كه شانس موفقيت در اندازه گيري كوانتومي را افزايش مي¬دهد طراحي شد. در نهايت روش پياده سازي مدارهايمعرفي شده بر روي سامانه ي تله¬يوني ارائه شد.

1396/10/17

1/7/2018 12:00:00 AM

Computers that use laws of quantum mechanics have shown promising potential to solve certain problems in mathematics such as prime factorization or database searching algorithm. In this paper applicability of quantum computers in real time processing of of Electrocardiograms (ECG) is explored. Record 105 from MIT arrhythmia database is used as an input signal to quantum filtering circuit. The task includes initialization of qubits to represent ECG signal for real time analysis, filtering of the quantum signal for denoising and finally threshold detection to find the R-wave occurence. In initialization process, two methods called single register method and double register method are used to encode ECG signal in qubits.It is shown that circuit complexity of the single register method, which encodes the signal in coefficients of a superposition state, is much less than the double register method, in which two registers are used to encode time and amplitudes of the signal separately. However quantum filtering circuit can only be implemented with the double register method. Quantum circuits for filtering in time domain are introduced for both FIR and IIR filters. In implementing filtering circuit No Cloning characteristic of quantum mechanics, prevents building delay registers. It is found that for implementing an IIR filter with a number of N input and M output delay terms in difference equation of filter, MxN copies of the signal including its original and delayed signal should be provided in the initialization stage. It is shown that quantum parallelism offered by ability of qubits to be in superposition of states, results in exponential storage capacity of quantum registers which leads to simultaneous filtering of all exponential number of input samples simultaneously. Then a circuit for quantum threshold detection is introduced which increases the chances of success to 50%. Finally the process to implement the circuits on a trapped ion scheme is presented