Kvant hesablama ənənəvi kompüterlərin imkanlarından kənar məsələləri həll etmək üçün kvant fizikasından istifadə edən yeni texnologiyadır.
İndi bir çox şirkət faktiki kvant aparatını on minlərlə tərtibatçıya təqdim etməyə çalışır ki, bu da elm adamlarının təxminən otuz il əvvəl xəyal etdiyi bir alətdir.
Nəticədə, bizim mühəndislərimiz tez-tez getdikcə daha güclü superkeçirici kvant kompüterlərini tətbiq etməklə bizi dünyanı dəyişdirmək üçün lazım olan kvant hesablama sürətinə və tutumuna yaxınlaşdırırlar.
Bu yazıda biz daha yaxından baxacağıq kvant hesablama və onunla birlikdə gedən alətlər və çərçivələr, həmçinin 2022-ci ildə harada olacaqları.
Kvant Hesablama nədir?
Bu superkompüterlər kvant fizikasının iki aspekti olan superpozisiya və dolaşıqlıq prinsipləri əsasında qurulub. Kvant kompüterləri indi daha az enerji sərf etməklə, ənənəvi kompüterlərə nisbətən daha sürətli tapşırıqları yerinə yetirə bilir.
1980-ci illərdə kvant hesablama sahəsi yarandı. Sonra məlum oldu ki, kvant alqoritmləri müəyyən kompüter tapşırıqlarının həllində onların adi ekvivalentlərindən daha səmərəlidir.
Kvant hesablama, kvant nəzəriyyəsi konsepsiyalarına əsaslanan kompüter texnologiyasının inkişafına diqqət yetirən kompüter elminin bir fənnidir. O, atomaltı hissəciklərin 0 və 1 kimi eyni anda bir neçə vəziyyətdə mövcud olmaq fövqəladə qabiliyyətindən istifadə edir. Onlar adi kompüterlərdən xeyli çox məlumatı emal edə bilirlər.
Elementin kvant vəziyyəti kvant hesablama əməliyyatlarında qubit yaratmaq üçün istifadə olunur. Qubitlər kvant hesablamasının əsas məlumat vahidləridir. Kvant hesablamasında bitlərin adi hesablamada gördüyü eyni işi yerinə yetirirlər, lakin tamamilə fərqli davranırlar.
Ənənəvi bitlər binardır və yalnız 0 və ya 1 mövqeyini saxlaya bilir, kubitlər isə bütün mümkün vəziyyətlərin superpozisiyasını ehtiva edə bilər.
Kvant Hesablamaları üçün Ən Yaxşı Çərçivələr
1. Təqribən
Cirq Google-un Quantum AI komandası tərəfindən quruldu. Daha sonra kvant kompüterlərində və simulyatorlarda sınaqdan keçirilən kvant sxemlərinin layihələndirilməsi və təkmilləşdirilməsi üçün istifadə olunur. Cirq fantastikdir, çünki o, real həyatda görünənlərə çox oxşar inkişaf simulyatorları təklif edir.
Bu o deməkdir ki, kitabxana NISQ (Səs-küylü Orta Ölçekli Kvant) ətrafındakı aparat təfərrüatları üzərində işləyir ki, biz alqoritm və ya dövrənin bitdikdən sonra real kvant kompüterində işlədilə biləcəyinə əmin ola bilək.
Nəticədə, adaptiv və yerləşdirilə bilən kvant sxemləri yaratmaq üçün istifadə olunmaq potensialına malikdir. O, həmçinin qarşılıqlı fəaliyyət xüsusiyyətlərinə malikdir. Məsələn, kvant sxemlərini və simulyasiyalarını idxal və ixrac edən proqram təminatı.
Açıq mənbəli kvant kompüterlərinin proqramlaşdırılması üçün çərçivə. Cirq a Python kvant dövrələrini kvant kompüterlərində və simulyatorlarda yerinə yetirməzdən əvvəl yaratmağa, manipulyasiya etməyə və optimallaşdırmağa imkan verən proqram paketi.
Cirq müasir küylü orta miqyaslı kvant kompüterləri ilə işləmək üçün səmərəli abstraksiyadır, burada avadanlıq tələbləri qabaqcıl nəticələr əldə etmək üçün vacibdir.
Xüsusiyyətləri
- Qubitlər üzərində işləyən qapılardan siz kvant dövrələrinin dizaynını öyrənə bilərsiniz. Anın nə olduğunu və müxtəlif daxiletmə taktikalarının ideal dövrənizi qurmaqda sizə necə kömək edə biləcəyini öyrənin. Yeni və təkmilləşdirilmiş sxemlər yaratmaq üçün dövrələri necə dilimləməyi və kəsməyi öyrənin.
- Texnoloji məhdudiyyətlər dövrənin müasir aparatda həyata keçirilə bilməyəcəyinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. Google-un Kvant Hesablama Xidmətini proqramlaşdırmağı və bu məhdudiyyətləri aradan qaldırmaq üçün cihazları necə yaratmağı öyrənin.
- Həm dalğa funksiyaları, həm də sıxlıq matrisləri Cirq-də quraşdırılmış simulyatorlara malikdir. Monte Karlo və ya tam sıxlıq matris simulyasiyaları səs-küylü kvant kanallarını həll etmək üçün istifadə edilə bilər.
- Google-un kvant prosessorlarında testlər aparmaq üçün Cirq Quantum Computing Service ilə əməkdaşlıq edir.
2. Layihə Q
ETH Zurich, açıq mənbəli kvant hesablama proqramı arxitekturası olan ProjectQ yaratdı. Bu möhkəm və sadə təmin edir sintaksis istifadəçilər üçün Python-da kvant proqramları yaratmaq. ProjectQ daha sonra bu skriptləri klassik kompüter simulyatoru və ya kvant prosessoru olsun, istənilən formaya çevirə bilər.
ProjectQ daha sonra bu proqramları klassik kompüter simulyatoru və ya IBM Quantum Experience platforması kimi kvant prosessoru kimi istənilən növ arxa hissələrə çevirə bilər.
Xüsusiyyətləri
- İT yüksək səviyyəlidir proqramlaşdırma dili kvant proqramları üçün.
- Onun modul və uyğunlaşa bilən kompilyatoru var.
- O, həmçinin bir sıra hardware və proqram təminatı təklif edir.
- Fermiyonik məsələlərin həlli üçün kvant kompüter kitabxanası (FermiLib).
- IBM Quantum Experience çipi, AQT cihazları, AWS Braket və IonQ xidməti tərəfindən təmin edilən cihazlar hamısı kvant alqoritmlərini işə salmaq üçün istifadə edilə bilər.
- Daha yüksək abstraksiya səviyyəsində kvant proqramları təqlid edilə bilər (məsələn, aşağı səviyyəli qapılara tərtib etmək əvəzinə böyük orakulların hərəkətini təqlid etmək)
- Klassik kompüterlərdə kvant proqramları simulyasiya edilə bilər.
3. Tensoflow kvantı
Python çərçivəsi TensorFlow Quantum (TFQ) kvant üçündür maşın təlim. TFQ kvant alqoritmi və maşın öyrənməsi tədqiqatçılarına Google-un kvant hesablama çərçivələrindən birbaşa TensorFlow-dan istifadə etməyə imkan verən TensorFlow proqram çərçivəsidir.
TensorFlow Quantum, kvant məlumatlarına və kvant-klassik hibrid modellərin yaradılmasına yönəlmiş proqramdır. O, Cirq tərəfindən hazırlanmış kvant hesablama texnikasını və məntiqi TensorFlow API-ləri, həmçinin yüksək performanslı kvant dövrə simulyatorları ilə birləşdirir.
TFQ çərçivəsi həm ənənəvi, həm də Quantum CNN (QCNN) kimi hibrid modelləri idarə etmək üçün istifadə edilə bilər. Nəticədə, TFQ ənənəvi yanaşmalardan istifadə etməklə əvvəllər cavablandırılması mümkün olmayan istənilən problem üçün istifadə oluna bilər. Müəyyən real dünya problemlərinə cavab vermək üçün kvant və ya kvant-klassik hibrid modellər yaratmaq üçün TFQ ilə başlayın.
Xüsusiyyətləri
- Tədqiqatçılar tək hesablama şəbəkəsində kvant verilənlər dəstləri, kvant modelləri və adi idarəetmə parametrlərindən istifadə edərək tensorlar yaratmaq üçün TFQ-dan istifadə edə bilərlər.
- Tensorlar kvant məlumatlarını (çox ölçülü rəqəmlər massivi) saxlamaq üçün istifadə olunur. Kvant məlumatlarının hər bir tensoru tez bir zamanda kvant məlumatı yaradan Cirq kvant dövrəsi kimi təsvir olunur.
- Tədqiqatçı kvantın prototipini yaratmaq üçün Cirq-dən istifadə edə bilər neyron şəbəkə sonra TensorFlow hesablama qrafikinə daxil ediləcək.
- Çoxsaylı kvant dövrələrini eyni vaxtda öyrətmək və icra etmək qabiliyyəti TensorFlow Quantum-un əsas xüsusiyyətidir.
4. Percevel
Perceval, işıq manipulyasiyasına əsaslanan yeni nəsil kvant kompüterlərinin yaradılmasına diqqət yetirən Fransız biznesi Perceval tərəfindən hazırlanmış fotonik kvant kompüterlərinin proqramlaşdırılması üçün açıq mənbəli çərçivədir.
Perceval xətti optik komponentlərdən sxemlər yaratmaq, tək foton mənbələrini təyin etmək, Fok vəziyyətlərini manipulyasiya etmək, kvant simulyasiyalarını həyata keçirmək, nəşr edilmiş eksperimental sənədləri təkrarlamaq və sadə obyekt yönümlü Python API vasitəsilə kvant alqoritmlərinin yeni nəsli ilə təcrübə aparmaq üçün alətlər təklif edir.
Onun məqsədi kvant fotonik sxemlərinin qurulması üçün köməkçi vasitə olmaqdır - onların dizaynını təqlid etmək və təkmilləşdirmək, həm ideal, həm də faktiki davranışı modelləşdirmək və arxa uçlar anlayışı vasitəsilə onlara nəzarət etmək üçün standartlaşdırılmış interfeys təklif etməkdir.
O, HPC klasterləri üçün bir çox təkmilləşdirmələrlə yerli iş masasında işləmək üçün optimallaşdırılıb və fotonik sxemlərdə kvant alqoritmlərinin ədədi və simvolik simulyasiyası üçün mürəkkəb arxa hissələrə çıxışı təmin edir.
Siz həmçinin alqoritmlər və mürəkkəb xətti optik sxemlər yaratmaq üçün çoxlu sayda prefabrik komponentlərdən istifadə edə bilərsiniz. Tanınmış alqoritmlərin kitabxanası, həmçinin onlardan necə istifadə ediləcəyinə dair dərslər mövcuddur.
Siz həmçinin alqoritmləri dəqiq tənzimləmək, eksperimental məlumatlar ilə müqayisə etmək və dərc olunmuş nəşrləri yenidən yaratmaq üçün eksperimentləri yerinə yetirmək üçün bir neçə sətir koddan istifadə edə bilərsiniz.
Xüsusiyyətləri
- Tamamilə xətti optika və fotonik kvant hesablamalarına həsr olunmuş unikal memarlıq
- Layihə icma töhfələrini alqışlayan modul arxitekturaya malik açıq mənbəli layihədir.
- Prefabrik komponentlərin böyük kitabxanasından istifadə edərək, alqoritmlər və mürəkkəb xətti optik sxemlər yaradın. Tanınmış alqoritmlərin kitabxanası, həmçinin onlardan necə istifadə ediləcəyinə dair dərslər mövcuddur.
- Onları dəqiq tənzimləmək, eksperimental məlumatlarla müqayisə etmək və mövcud nəşrləri bir neçə kod sətirinə köçürmək üçün alqoritmlərlə sınaq keçirin.
- Fotonik sxemlərdə kvant alqoritmlərini təqlid etmək üçün mürəkkəb arxa hissələrdən istifadə edin. Perceval, HPC klasterləri üçün bir çox təkmilləşdirmələrlə həm rəqəmsal, həm də simvolik performans baxımından yerli iş masasında işləmək üçün nəzərdə tutulmuşdur.
5. Qiskit
Biz bilirik ki, əgər yeni nəsil texnologiyadan danışırıqsa, IBM-in təklif edəcəyi bir şey olacaq. Bu, əlbəttə ki, edir. QisKit kvant proqram təminatının inkişafı üçün açıq mənbə platformasıdır.
Qiskit istifadəçilərin öyrənməsini asanlaşdıran IBM tərəfindən maliyyələşdirilən proqram təminatı çərçivəsidir kvant hesablama. Kvant kompüterləri əldə etmək çətin olduğundan, siz birinə giriş əldə etmək üçün IBM-in Qiskit alət dəsti kimi bulud provayderindən istifadə edə bilərsiniz.
İstifadəsi tamamilə pulsuzdur və bütün kodlar belədir açıq mənbə. Sizə kvant fizikasının bütün əsaslarını öyrədən onlayn dərslik var, bu mövzu ilə tanış olmayan yeni başlayanlar üçün çox faydalıdır.
Kvant kompüterləri impulslar, sxemlər və tətbiq modulları səviyyəsində istifadə edilə bilər.
Xüsusiyyətləri
- Müxtəlif səviyyəli istifadəçilər Qiskit-dən tədqiqat və tətbiqlərin inkişafı üçün istifadə edə bilərlər, çünki o, kvant qapılarının tam kolleksiyası və bir sıra əvvəlcədən qurulmuş sxemlər ilə gəlir.
- Siz bulud əsaslı CPU, QPU və GPU-larda kvant tətbiqlərini əlaqələndirmək, həmçinin faktiki kvant prosessorlarında fəaliyyətləri icra etmək və planlaşdırmaq üçün Qiskit Runtime-dan istifadə edə bilərsiniz.
- Transpiler Qiskit kodunu arxa planın yerli qapı dəstindən istifadə edərək səmərəli sxemə çevirir və istifadəçilərə minimum girişlərlə istənilən kvant prosessoru və ya arxitektura üçün dizayn etməyə imkan verir.
Nəticə
Xülasə etmək üçün, kvant kompüterləri qısa müddətdə bugünkü şifrələmə üsullarına sürətlə nüfuz edə bilər, halbuki indi əlçatan olan ən böyük superkompüter illər tələb edir.
Kvant kompüterlərinin bugünkü şifrələmə sxemlərinin bir çoxunu sındırmağa qadir olmasına baxmayaraq, onların sındırıla bilən alternativlər hazırlayacağı gözlənilir. Kvant kompüterləri optimallaşdırma məsələlərini həll etməkdə mükəmməldir.
Cavab yaz