Taula de continguts[Amaga][Espectacle]
La informàtica quàntica és una tecnologia nova que utilitza la física quàntica per abordar problemes que van més enllà de les capacitats dels ordinadors tradicionals.
Moltes empreses intenten posar el maquinari quàntic real a disposició de desenes de milers de desenvolupadors, una eina que els científics només van somiar fa unes tres dècades.
Com a resultat, els nostres enginyers estan desplegant amb freqüència ordinadors quàntics superconductors cada cop més potents, apropant-nos a la velocitat i la capacitat de computació quàntica necessàries per alterar el món.
En aquesta publicació, ho farem una ullada més de prop computació quàntica i les eines i marcs que l'acompanyen, així com on seran el 2022.
Què és la computació quàntica?
Aquests superordinadors es basen en els principis de superposició i entrellaçament, que són dos aspectes de la física quàntica. Els ordinadors quàntics ara poden fer tasques a velocitats que són ordres de magnitud més ràpids que els ordinadors tradicionals mentre utilitzen molta menys energia.
A la dècada de 1980 va sorgir l'àrea de la computació quàntica. Aleshores es va revelar que els algorismes quàntics eren més eficients que els seus equivalents convencionals per resoldre determinades tasques informàtiques.
La computació quàntica és una disciplina de la informàtica que se centra en l'avenç de la tecnologia informàtica basada en conceptes de teoria quàntica. Fa ús de l'extraordinària capacitat de les partícules subatòmiques d'existir en diversos estats alhora, com ara 0 i 1. Són capaços de processar considerablement més dades que els ordinadors ordinaris.
L'estat quàntic d'un element s'utilitza per crear un qubit en operacions de computació quàntica. Els qubits són les unitats de dades fonamentals de la computació quàntica. A la informàtica quàntica, fan la mateixa feina que els bits a la informàtica ordinària, però es comporten de manera molt diferent.
Els bits tradicionals són binaris i només poden mantenir una posició de 0 o 1, mentre que els qubits poden incloure una superposició de tots els estats possibles.
Millors marcs per a la informàtica quàntica
1. Circq
Cirq va ser creat per l'equip d'IA Quantum de Google. S'utilitza per dissenyar i millorar circuits quàntics que després es posen a prova en ordinadors i simuladors quàntics. Cirq és fantàstic, ja que ofereix simuladors de desenvolupament força semblants als que es veuen a la vida real.
Això implica que la biblioteca treballa a través dels detalls del maquinari que envolten NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) de manera que podem estar segurs que l'algoritme o el circuit es pot executar en un ordinador quàntic real després d'haver acabat.
Com a resultat, té el potencial de ser explotat per crear circuits quàntics adaptatius i desplegables. També té funcions d'interoperabilitat. Un programari que importa i exporta circuits quàntics i simulacions, per exemple.
Un marc per programar ordinadors quàntics de codi obert. Cirq és un Pitó paquet de programari que permet crear, manipular i optimitzar circuits quàntics abans d'executar-los en ordinadors i simuladors quàntics.
Cirq és una abstracció eficient per fer front als ordinadors quàntics d'escala mitjana sorollosos actuals, on els requisits de maquinari són crítics per aconseguir resultats d'avantguarda.
Característiques
- Des de les portes que funcionen amb qubits, podeu aprendre a dissenyar circuits quàntics. Apreneu què és un moment i com diverses tàctiques d'inserció us poden ajudar a construir el vostre circuit ideal. Aprèn a tallar i tallar circuits per tal de crear circuits nous i millorats.
- Les restriccions tecnològiques tenen una influència significativa sobre si un circuit es pot implementar o no en el maquinari contemporani. Obteniu informació sobre com programar el servei d'informàtica quàntica de Google i com crear dispositius per abordar aquestes limitacions.
- Tant les funcions d'ona com les matrius de densitat tenen simuladors integrats a Cirq. Es poden utilitzar simulacions de Monte Carlo o de matriu de densitat completa per abordar canals quàntics sorollosos.
- Per executar proves als processadors quàntics de Google, Cirq col·labora amb Quantum Computing Service.
2. Projecte Q
L'ETH Zurich va crear ProjectQ, una arquitectura de programari de computació quàntica de codi obert. Proporciona una manera robusta i senzilla sintaxi perquè els usuaris creïn aplicacions quàntiques en Python. ProjectQ pot convertir aquests scripts a qualsevol forma de back-end, ja sigui un simulador d'ordinador clàssic o un processador quàntic.
ProjectQ pot convertir aquestes aplicacions a qualsevol tipus de back-end, com ara un simulador d'ordinador clàssic o un processador quàntic, com la plataforma IBM Quantum Experience.
Característiques
- IT és d'alt nivell llenguatge de programació per a programes quàntics.
- Té un compilador modular i adaptable.
- També ofereix una sèrie de backends de maquinari i programari.
- Una biblioteca d'ordinadors quàntics (FermiLib) per resoldre problemes fermiònics
- El xip IBM Quantum Experience, els dispositius AQT, AWS Braket i els dispositius subministrats pel servei IonQ es poden utilitzar per executar algorismes quàntics.
- A un nivell més alt d'abstracció, es poden emular programes quàntics (per exemple, imitant l'acció dels grans oracles en lloc de compilar-los en portes de baix nivell)
- En ordinadors clàssics, es poden simular programes quàntics.
3. Tensoflow Quantum
El marc de Python TensorFlow Quantum (TFQ) és per a quàntics màquina d'aprenentatge. TFQ és un marc d'aplicació de TensorFlow que permet als investigadors d'algoritmes quàntics i d'aprenentatge automàtic utilitzar els marcs de computació quàntica de Google directament des de TensorFlow.
TensorFlow Quantum és un programa que se centra en les dades quàntiques i la creació de models híbrids quàntics-clàssics. Combina tècniques i lògica de computació quàntica dissenyades per Cirq amb les API de TensorFlow, així com simuladors de circuits quàntics d'alt rendiment.
El marc TFQ es pot utilitzar per executar models tant tradicionals com híbrids, com ara Quantum CNN (QCNN). Com a resultat, TFQ es pot utilitzar per a qualsevol problema que abans era impossible de respondre mitjançant enfocaments tradicionals. Per respondre a certs problemes del món real, comenceu amb TFQ per crear models híbrids quàntics o quàntics clàssics.
Característiques
- Els investigadors poden utilitzar TFQ per crear tensors mitjançant conjunts de dades quàntiques, models quàntics i paràmetres de control convencionals en una única xarxa computacional.
- Els tensors s'utilitzen per emmagatzemar dades quàntiques (una matriu multidimensional de nombres). Cada tensor de dades quàntiques es descriu com un circuit quàntic Cirq que crea dades quàntiques sobre la marxa.
- L'investigador pot utilitzar Cirq per prototipar un quàntic xarxa neural que s'inclourà en un gràfic de càlcul de TensorFlow més endavant.
- La capacitat d'entrenar i executar simultàniament nombrosos circuits quàntics és una característica important de TensorFlow Quantum.
4. Percebre
Perceval és un marc de codi obert per programar ordinadors quàntics fotònics desenvolupat per Perceval, una empresa francesa centrada en la construcció d'una nova generació d'ordinadors quàntics basats en la manipulació de la llum.
Perceval ofereix eines per compondre circuits a partir de components òptics lineals, definir fonts d'un sol fotó, manipular estats de Fock, executar simulacions quàntiques, reproduir articles experimentals publicats i experimentar amb una nova generació d'algorismes quàntics mitjançant una senzilla API de Python orientada a objectes.
El seu objectiu és ser una eina complementària per construir circuits fotònics quàntics, per simular i perfeccionar el seu disseny, modelar el comportament tant ideal com real i oferir una interfície estandarditzada per controlar-los mitjançant la noció de backends.
Està optimitzat per funcionar en un escriptori local, amb moltes millores per als clústers HPC i proporciona accés a backends sofisticats per a la simulació numèrica i simbòlica d'algoritmes quàntics en circuits fotònics.
També podeu utilitzar un gran nombre de components prefabricats per crear algorismes i circuits òptics lineals complicats. Es pot accedir a una biblioteca d'algoritmes coneguts, així com lliçons sobre com utilitzar-los.
També podeu utilitzar unes quantes línies de codi per executar experiments per afinar algorismes, comparar amb dades experimentals i recrear publicacions publicades.
Característiques
- Una arquitectura única dedicada completament a l'òptica lineal i la computació quàntica fotònica
- El projecte és un projecte de codi obert amb una arquitectura modular que acull les contribucions de la comunitat.
- Utilitzant una gran biblioteca de components prefabricats, creeu algorismes i circuits òptics lineals complicats. Es pot accedir a una biblioteca d'algoritmes coneguts, així com lliçons sobre com utilitzar-los.
- Experimenteu amb algorismes per ajustar-los, comparar-los amb dades experimentals i copiar les publicacions existents en unes poques línies de codi.
- Per emular algorismes quàntics en circuits fotònics, utilitzeu backends sofisticats. Perceval està dissenyat per executar-se en un escriptori local en termes de rendiment tant numèric com simbòlic, amb moltes millores per als clústers HPC.
5. Qiskit
Sabem que si parlem de tecnologia de nova generació, IBM tindrà alguna cosa a oferir. Certament ho fa. QisKit és una plataforma de codi obert per desenvolupar programari quàntic.
Qiskit és un marc de programari finançat per IBM que facilita l'aprenentatge dels usuaris computació quàntica. Com que els ordinadors quàntics són difícils d'aconseguir, podeu utilitzar un proveïdor de núvol com el conjunt d'eines Qiskit d'IBM per accedir-hi.
És completament gratuït d'utilitzar i tot el codi ho és de codi obert. Hi ha un llibre de text en línia que t'ensenya tots els fonaments de la física quàntica, que és molt útil per als principiants que no estan familiaritzats amb la matèria.
Els ordinadors quàntics es poden utilitzar a nivell de polsos, circuits i mòduls d'aplicació.
Característiques
- Els usuaris de diversos nivells poden utilitzar Qiskit per a la investigació i el desenvolupament d'aplicacions perquè inclou una col·lecció completa de portes quàntiques i una sèrie de circuits preconstruïts.
- Podeu utilitzar Qiskit Runtime per coordinar aplicacions quàntiques en CPU, QPU i GPU basades en núvol, així com per executar i programar activitats en processadors quàntics reals.
- El transpiler converteix el codi Qiskit en un circuit eficient utilitzant el conjunt de portes nadius del backend, permetent als usuaris dissenyar per a qualsevol processador o arquitectura quàntica amb entrades mínimes.
Conclusió
En resum, els ordinadors quàntics poden penetrar ràpidament en les tècniques de xifratge actuals en poc temps, mentre que el superordinador més gran accessible ara triga anys.
Malgrat que els ordinadors quàntics seran capaços de trencar molts dels esquemes de xifratge actuals, s'espera que desenvolupin alternatives a prova de pirateig. Els ordinadors quàntics són fantàstics per abordar problemes d'optimització.
Deixa un comentari