Mas paspas kaysa kaniadto, ang kalibutan nagbag-o tungod sa digital nga pagbag-o.
Uban sa nagsingabot nga pag-abot sa laing bag-ong bag-ong balod sa teknolohiya nga makahimo sa pag-usab sa mga kasamtangang paradigma nga adunay talagsaon nga katulin ug gahum: quantum computing, ang pagsabut sa sukaranang mga ideya sa digital nga panahon mahimong mas importante.
Ang usa ka breakthrough nga teknik nga gitawag og quantum computing naggamit sa quantum physics aron masulbad ang mga problema nga lapas sa sakup sa naandan nga mga kompyuter.
Ang mga prinsipyo sa quantum theory nagpakita kung giunsa ang paggawi sa butang ug enerhiya sa atomic ug subatomic nga mga timbangan, ug ang Qiskit sa IBM usa ka open-source nga quantum software development kit nga makatabang sa paghimo sa quantum computing system.
Kini nga artikulo nagtinguha sa pagpatin-aw niini ug paghatag kanimo og usa ka kinatibuk-ang ideya sa quantum computing.
Among ipasabut sa among mga magbabasa sa tabang sa usa ka open-source nga quantum computing SDK, ie. Qiskit ug tugoti sila sa pagsuhid gamit Mga Notebook sa Jupiter gi-host sa IBM Quantum Lab.
Unsa ang Quantum Computing?
Pag-compute sa kwantum usa ka sanga sa siyensya sa kompyuter nga nagtutok sa pagpalambo sa teknolohiya sa kompyuter gamit ang mga ideya gikan sa quantum theory.
Gipahimuslan niini ang talagsaon nga kapasidad sa mga partikulo sa subatomic nga dungan nga anaa sa daghang mga estado, sama sa 0 ug 1.
Makahimo sila sa pagproseso sa daghang mga datos kaysa sa mga regular nga kompyuter.
Sa mga proseso sa quantum computing, usa ka qubit ang gihimo gamit ang quantum state sa usa ka butang. Ang hinungdanon nga mga piraso sa kasayuran sa quantum computing mao ang mga qubit.
Gihimo nila ang parehas nga gimbuhaton sama sa mga bit sa naandan nga pag-compute sa quantum computing, apan lahi ang ilang paglihok. Ang Quantum computing usa ka natad nga mitumaw sa 1980s.
Dayon nadiskobrehan nga ang quantum algorithms mas epektibo sa pagbuhat sa pipila ka buluhaton sa kompyuter kay sa ilang klasikal nga mga katugbang.
Ang superposition ug entanglement, duha ka konsepto gikan sa quantum physics, mao ang mga pundasyon diin kini nga mga supercomputer gibase.
Kung itandi sa naandan nga mga kompyuter, ang mga quantum nga kompyuter sa pagkakaron makahimo sa mga order sa trabaho nga mas paspas samtang nagkonsumo sa labi ka gamay nga kusog.
Kinahanglan natong ipadayon ang operasyon sa quantum computers aron hingpit nga masabtan kini. Magsugod ta karon.
Sa unsa nga paagi ang usa ka quantum computer nagtrabaho?
Kung itandi sa tradisyonal nga mga kompyuter nga atong naandan, ang mga quantum nga kompyuter nagduol sa pagsulbad sa problema sa lahi nga paagi. Alang sa pipila ka mga buluhaton, ang mga kompyuter nga quantum mas gusto kaysa sa tradisyonal sa daghang mga paagi.
Ang ilang kapasidad nga maglungtad sa daghang mga estado sa makausa gituohan nga hinungdan. Sa laing bahin, ang naandan nga mga kompyuter mahimo ra sa usa ka kahimtang sa usa ka higayon.
Adunay tulo ka yawe nga mga konsepto nga kinahanglan nimong masabtan aron masabtan kung giunsa ang paglihok sa mga quantum computer:
- Superposisyon.
- Pagkasabod.
- Pagpanghilabot.
Supak
Ang mga bit mao ang sukaranan nga sangkap sa tradisyonal nga mga kompyuter. Ang mga quantum bits, o Qubits, mao ang sukaranang mga yunit sa quantum computers.
Sa panguna, ang mga quantum bits naglihok nga lahi. Ang binary bit, usahay nailhan nga tradisyonal nga bit, usa ka switch nga mahimong 0 o 1.
Atong madawat ang kasamtangang kahimtang sa bit kung atong sukdon kini. Ang mga Qubits usa ka eksepsiyon niini. Ang mga Qubit mahimong itandi sa mga pana nga nagpunting sa tulo ka dimensyon.
Anaa sila sa 0 nga mga kondisyon kung sila nagpunting sa taas. Anaa sila sa 1 nga estado kung sila nagpunting sa ubos. Tinuod usab kini sa mga klasikal nga piraso.
Bisan pa, mahimo usab nila nga pilion nga naa sa kahimtang sa superposisyon.
Ang usa ka pana anaa sa kondisyon diin kini nagpunting sa bisan unsang laing direksyon. Ang superposisyon sa 0 ug 1 moresulta niini nga estado. Ang usa ka Qubit magpatungha gihapon og 1 o 0 isip resulta kon kini gisukod.
Bisan pa, ang oryentasyon sa pana nagtino sa usa ka posibilidad nga adunay kalabotan.
Mas lagmit nga makadawat ka og 1 kung ang pana kay nagpunting sa ubos ug usa ka 0 kung kini nagpunting sa itaas.
Adunay ka 50% nga tsansa nga makadaog sa matag usa kung ang pana naa sa sentro. Sa laktod nga pagkasulti, kana mao ang superposisyon.
Paglaum
Ang mga bit sa usa ka tradisyonal nga kompyuter independente sa usag usa. Ang estado sa usa ka bit walay kalabotan sa estado sa laing bit.
Ang mga qubit sa quantum nga mga kompyuter mahimong malambigit sa usag usa. Kini nagpasabot nga sila naghiusa ngadto sa usa ka dako nga quantum state.
Para sa ilustrasyon, tagda ang duha ka qubit nga naa sa lain-laing superposition states apan wala pa malambigit. Niini nga panahon, ang ilang kalagmitan wala magsalig sa usag usa.
Sa diha nga atong samokon sila, kinahanglan natong isalikway kadtong mga independenteng probabilidad ug tinoon ang mga kalagmitan sa tanan nga alternatibong estado nga atong makalingkawas, nga mao, 00, 01, 10, ug 11.
Ang posibilidad nga pag-apod-apod sa tibuok sistema mausab kung ang direksyon sa pana sa usa ka qubit mausab tungod kay ang mga qubit nalambigit.
Ang kagawasan sa mga qubit sa usag usa nawala. Ang matag usa kanila usa ka bahin sa parehas nga kadako nga estado. Bisag pila ka qubit ang imong nabatonan, mao gihapon kini ang kahimtang.
Adunay posible nga kombinasyon sa 2n states para sa quantum computer nga adunay n qubits.
Adunay ka posibilidad nga pag-apod-apod sa duha ka estado, pananglitan, alang sa usa ka qubit. Adunay ka posibilidad nga pag-apod-apod sa upat ka estado alang sa duha ka qubit, ug uban pa. Ang panguna nga kalainan tali sa klasikal ug quantum nga mga kompyuter mao kini.
Mahimo nimong ibutang ang mga klasiko nga kompyuter sa bisan unsang kondisyon nga imong pilion, apan usa ra matag higayon. Ang tanan nga mga estado mahimong maglungtad nga dungan sa mga quantum computer ingon usa ka superposisyon.
Sa unsang paagi makabenepisyo ang kompyuter nga naa sa tanan nga mga estado sa usa ka higayon? Ang katapusan nga elemento sa pagpanghilabot mosulod niining puntoha.
pagpanghilabot
Ang function sa quantum wave mahimong magamit sa paghulagway sa kahimtang sa usa ka qubit.
Ang sukaranan nga matematikal nga paghulagway sa tanan sa quantum physics gihatag pinaagi sa mga function sa wave.
Kung daghang mga qubit ang nalambigit, ang ilang indibidwal nga mga function sa balud gihiusa aron mahimong usa ka function sa wave nga naghulagway sa kinatibuk-ang kahimtang sa quantum computer.
Ang interference mao ang resulta sa pagdugang niini nga mga function sa wave. Kung ang mga balud gidugtong, sila mahimo’g makaayo nga makig-uban ug maghiusa aron makahimo usa ka labi ka dako nga balud, sama sa mga ripple sa tubig.
Mahimo usab sila nga makig-uban nga makadaot aron makigbatok sa usag usa. Ang lainlain nga posibilidad sa lainlaing mga estado gitino sa kinatibuk-ang function sa wave sa quantum computer.
Mahimo natong usbon ang kalagmitan nga ang pipila ka mga estado motungha kung atong sukdon ang quantum computer pinaagi sa pag-usab sa mga estado sa lain-laing mga qubits.
Bisan pa nga ang quantum computer mahimong maglungtad sa daghang mga superposisyon sa mga estado sa usa ka higayon, ang mga pagsukod nagpadayag lamang sa usa sa mga estado.
Busa, samtang naggamit og quantum computer aron makompleto ang trabaho sa pag-compute, gikinahanglan ang constructive interference aron mapataas ang posibilidad nga makadawat sa saktong tubag ug makaguba nga interference aron mapaubos ang posibilidad nga makadawat og sayop.
Karon, magsugod ta sa Qiskit.
Unsa ang Qiskit?
Ang Qiskit usa ka gambalay sa software nga gipundohan sa IBM nga gidesinyo aron mas sayon alang sa bisan kinsa nga makasulod sa natad sa quantum computing.
Tungod kay lisud makuha ang mga quantum computer, mahimo nimong makuha ang usa pinaagi sa cloud provider, sama sa IBM, gamit ang ilang Qiskit toolbox.
Magamit kini nga libre, ug ang tanan nga code niini Bukas nga tinubdan.
Naay online nga libro nga nagtudlo kanimo sa tanan nga mga sukaranan sa quantum physics, nga mapuslanon kaayo alang niadtong dili pamilyar sa hilisgutan. Ang Python gigamit sa paghimo sa Qiskit toolkit.
Busa, kung pamilyar ka sa Python programming language, makaila ka og daghang code.
Ang software framework angay alang niadtong gusto pagkat-on mahitungod sa quantum computing samtang nagbaton usab ug praktikal nga kasinatian.
Ang labing sukaranan nga aspeto sa Qiskit mao nga kini naglihok sa duha ka yugto. Usa sa mga lakang mao ang yugto sa pagtukod, diin naghimo kami daghang mga quantum circuit ug gigamit ang mga sirkito aron masulbad ang problema.
Pagkahuman, pagkahuman sa pagkompleto sa yugto sa pagtukod o pagkab-ot sa solusyon, nagpadayon kami sa sunod nga yugto, nga nailhan nga yugto sa pagpatuman, diin gisulayan namon nga ipadagan ang among pagtukod o solusyon sa lainlaing mga backend (state vector backend, unitary backend, bukas ASM backend), ug human makompleto ang dagan, among giproseso ang datos sa pagtukod alang sa gitinguha nga output.
Pagsugod sa Qiskit
Sa imong personal nga kompyuter o sa Jupyter Notebook nga gi-host sa IBM, mahimo nimo kini i-install sa lokal. Isulat ang mosunod nga code aron i-install sa lokal sa usa ka Windows computer:
Kinahanglan namong magparehistro dinhi aron ma-access ang API token nga makapahimo kanamo sa paggamit sa quantum device sa IBM, ug unya makasugod na kami sa pagtrabaho sa website sa kompanya. Imong mahanduraw ang pagbuhat niini pinaagi sa paggamit sa Qiskit-installed Jupyter Notebook nga nagdagan online.
Mahimo nimo kini ma-access pinaagi sa pagpili sa imong Profile gikan sa menu sa taas nga tuo nga suok sa panid, dayon pagpili sa Impormasyon sa account. Makita nimo ang imong API token ubos sa seksyon sa mga token sa API sa porma sa ***. Gikopya kini ug dayon gisulod sa mosunod nga code:
Kung mapatuman na kini nga code, ang imong API token ma-save sa imong computer, nga makapaarang kanimo sa paggamit sa quantum device sa IBM. Pagsulod sa mosunud aron mahibal-an kung adunay ka access sa ingon nga aparato:
Kung ang nahisgutan nga code modagan, kinahanglan nimo nga makadagan ang code dili lamang sa imong kompyuter apan pinaagi usab sa pagpadala sa mga built-in nga quantum circuit sa mga quantum device sa IBM ug makadawat mga resulta.
Busa, gamit ang librarya sa mga sirkito, makasugod kita sa pagpalambo sa atong unang quantum algorithm. Nagsugod kami pinaagi sa pag-import sa hinungdanon nga mga dependency gikan sa Qiskit sa among proyekto.
Naghimo kami usa ka two-qubit quantum register ug usa ka two-bit conventional register.
Busa karon aduna na kitay usa ka classical ug quantum register nga natukod. Gamit ang duha, mahimo namong matukod ang circuit ug kung, bisan unsang orasa sa tibuuk nga pagbag-o sa circuit, gusto nimong i-sketch kung unsa ang hitsura sa quantum circuit, isulat ang mosunud nga code:
Atong makita gikan sa hulagway nga ang sirkito naglangkob sa duha ka quantum bits ug duha ka classical bits.
Ingon niini, kini nga sirkito kulang sa mga ganghaan, nga naghimo niini nga dili makapaikag. Karon atong tukuron ang sirkito gamit ang quantum gate. Sama sa klasikal mga ganghaan sa lohika (UG, O mga ganghaan) alang sa normal nga digital nga mga sirkito, ang mga ganghaan sa quantum mao ang sukaranan nga mga sangkap sa mga sirkito nga quantum.
Ang pag-aplay sa ganghaan sa Hadamard sa una nga qubit mao ang una nga lakang sa paghimo og entanglement. Dayon, gamit ang mosunod nga code, magdugang kami og duha ka qubit controlled x operation:
Karon nga kining duha ka mga operator gigamit na sa paghimo sa atong quantum circuit, panahon na nga sukdon ang quantum bits (qubits), kuhaa ang mga sukod, ug tipigan kini sa classical bits. Himoon nato ang gikinahanglang code aron makab-ot kana:
Ang diagram sa ubos naghulagway sa layout sa among circuit:
Ang sirkito kinahanglang ipadagan sa tradisyonal nga computer simulator. Ang sirkito nahuman na. Ug susiha ang mga resulta sa maong pagpatay.
Ang impormasyon nga nakuha gikan sa pagbuhat niana nga sirkito gitipigan sa resulta variable. Atong ipakita kini nga mga resulta gamit ang usa ka histogram sa laraw.
Mao kana ang mahitabo kung atong gipadagan ang atong quantum circuit. Alang sa mga numero nga 00 ug 11, makadawat kami mga posibilidad nga hapit 50%. Ang imong inisyal nga quantum computer circuit natukod. Mga pahalipay!
Mga aplikasyon sa Qiskit Quantum Computing
Qiskit Finance
Usa ka koleksyon sa mga demonstrative nga himan ug aplikasyon ang gitanyag sa Qiskit Finance. Naglakip kini sa mga tighubad sa Ising alang sa pag-optimize sa portfolio, mga tigsuplay sa datos alang sa aktuwal o random nga datos, ug mga pagpatuman alang sa pagpresyo sa lainlaing mga kapilian sa pinansya o pagtasa sa peligro sa kredito.
Kinaiyahan sa Qiskit
Apps sama sa pagpilo sa protina ug elektroniko / vibronic nga istruktura Ang mga kalkulasyon alang sa naghinam-hinam ug sa yuta gisuportahan sa Qiskit Nature.
Nagtanyag kini sa tanan nga mga bahin nga gikinahanglan alang sa pagkonektar sa mga klasikal nga kodigo ug awtomatiko nga pag-convert sa lainlaing mga representasyon nga gikinahanglan sa mga quantum computer.
Qiskit Machine Learning
quantum pagkat-on sa makina Ang mga pamaagi nga naggamit niini aron matubag ang lainlaing mga problema, sama sa regression ug klasipikasyon, gihatag sa Qiskit Machine Learning ingon man mga sukaranan nga quantum kernels ug quantum neural network (QNNs) isip mga bloke sa pagtukod.
Gitugotan usab niini ang koneksyon sa mga QNN sa PyTorch alang sa katuyoan nga ilakip ang mga elemento sa quantum sa mga klasikal nga operasyon.
Pag-optimize sa Qiskit
Ang Qiskit Optimization nagtanyag sa tibuok spectrum sa mga serbisyo sa optimization, lakip na ang high-level modeling sa mga isyu sa optimization, automated nga paghubad sa mga problema ngadto sa lain-laing gikinahanglan nga representasyon, ug usa ka koleksyon sa yano nga quantum optimization nga mga pamaagi.
Panapos
Sa konklusyon, samtang ang pinakapaspas nga supercomputer nga magamit karon nagkinahanglan og mga tuig, ang quantum nga mga kompyuter dali nga makalusot sa kasamtangan nga mga pamaagi sa pag-encrypt.
Bisan pa sa kamatuoran nga ang mga quantum computer makahimo sa pagbungkag sa daghang mga teknik sa pag-encrypt nga gigamit karon, gipaabut nga maghimo sila og mga hack-proof nga kapuli.
Ang pag-optimize sa mga problema usa ka kusog sa quantum computers. Para sa dugang nga mga detalye, palihog bisitaha ang Qiskit GitHub.
Leave sa usa ka Reply