Kvantuma komputado estas nova teknologio kiu uzas kvantuman fizikon por trakti temojn kiuj estas preter la kapabloj de tradiciaj komputiloj.
Multaj kompanioj nun provas disponigi realan kvantuman aparataron al dekoj de miloj da programistoj, ilo kiun sciencistoj nur revis antaŭ ĉirkaŭ tri jardekoj.
Kiel rezulto, niaj inĝenieroj ofte deplojas ĉiam pli potencajn superkonduktajn kvantumajn komputilojn, proksimigante nin al la kvantuma komputika rapideco kaj kapacito necesaj por ŝanĝi la mondon.
En ĉi tiu afiŝo, ni rigardos pli detale kvantuma komputado kaj la iloj kaj kadroj kiuj akompanas ĝin, same kiel kie ili estos en 2022.
Kio estas Kvantuma Komputado?
Ĉi tiuj superkomputiloj estas konstruitaj sur la principoj de supermeto kaj implikiĝo, kiuj estas du aspektoj de kvantuma fiziko. Kvantumkomputiloj nun povas fari taskojn je rapidecoj kiuj estas grandordoj pli rapide ol tradiciaj komputiloj dum ili uzas multe malpli da energio.
En la 1980-aj jaroj, la areo de kvantuma komputado ekestis. Tiam estis rivelita ke kvantumalgoritmoj estis pli efikaj ol siaj konvenciaj ekvivalentoj en solvado de certaj komputiltaskoj.
Kvantuma komputado estas disciplino de komputiko kiu temigas la progresadon de komputila teknologio bazita sur kvantuma teorio-konceptoj. Ĝi uzas la eksterordinaran kapablon de subatomaj partikloj ekzisti en pluraj statoj samtempe, kiel 0 kaj 1. Ili kapablas prilabori konsiderinde pli da datumoj ol ordinaraj komputiloj.
La kvantuma stato de objekto estas uzata por krei kvanton en kvantuma komputik operacioj. Qubits estas la fundamentaj datumunuoj de kvantuma komputado. En kvantuma komputado, ili servas la saman laboron, kiun bitoj faras en ordinara komputiko, sed ili kondutas tute malsame.
Tradiciaj bitoj estas binaraj kaj povas nur konservi pozicion de 0 aŭ 1, dum kvutoj povas inkludi supermeton de ĉiuj eblaj ŝtatoj.
Plej bonaj Kadroj por Kvantuma Komputado
1. Cirkq
Cirq estis konstruita de la teamo Quantum AI de Google. Ĝi kutimas desegni kaj plibonigi kvantumcirkvitojn kiuj tiam estas testitaj sur kvantumkomputiloj kaj simuliloj. Cirq estas mirinda ĉar ĝi ofertas evoluajn simulilojn sufiĉe similajn al tiuj vidataj en la reala vivo.
Ĉi tio implicas, ke la biblioteko funkcias tra la hardvardetaloj ĉirkaŭantaj NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) tiel ke ni povas esti certaj ke la algoritmo aŭ cirkvito povas esti rulitaj sur reala kvantuma komputilo post kiam ĝi estas finita.
Kiel rezulto, ĝi havas la potencialon esti ekspluatata por krei adaptajn kaj deplojeblajn kvantumajn cirkvitojn. Ĝi ankaŭ havas kunfunkcieblecojn. Programaro kiu importas kaj eksportas kvantumajn cirkvitojn kaj simuladojn, ekzemple.
Kadro por programado de kvantumkomputiloj kiuj estas malfermfontaj. Cirq estas a python programaro, kiu permesas krei, manipuli kaj optimumigi kvantumajn cirkvitojn antaŭ ol ekzekuti ilin sur kvantumkomputiloj kaj simuliloj.
Cirq estas efika abstraktaĵo por trakti la hodiaŭajn bruajn mez-skalajn kvantumajn komputilojn, kie hardvarpostuloj estas kritikaj por atingi avangardajn rezultojn.
Trajtoj
- De pordegoj funkciigantaj sur kvbitoj, vi povas lerni kiel desegni kvantumajn cirkvitojn. Lernu kio estas Momento kaj kiel diversaj enmetaj taktikoj povus helpi vin konstrui vian idealan cirkviton. Lernu kiel tranĉi kaj tranĉi cirkvitojn por krei novajn kaj plibonigitajn cirkvitojn.
- Teknologiaj restriktoj havas signifan influon ĉu aŭ ne cirkvito povas esti efektivigita sur nuntempa aparataro. Lernu kiel programi la Quantum Computing Service de Google kaj kiel krei aparatojn por trakti ĉi tiujn limigojn.
- Kaj ondfunkcioj kaj densecmatricoj havas enkonstruitajn simulilojn en Cirq. Montekarlo aŭ plena denseca matricsimuladoj povas esti uzitaj por trakti bruajn kvantumkanalojn.
- Por efektivigi testojn pri la kvantumaj procesoroj de Guglo, Cirq kunlaboras kun Quantum Computing Service.
2. ProjektoQ
ETH Zuriko kreis ProjectQ, malfermfontan kvantuman komputilan programaran arkitekturon. Ĝi provizas fortika kaj simpla sintakso por uzantoj krei kvantumajn aplikojn en Python. ProjectQ povas tiam konverti ĉi tiujn skriptojn al ajna formo de malantaŭa fino, ĉu ĝi estas klasika komputila simulilo aŭ kvantuma procesoro.
ProjectQ tiam povas konverti tiujn aplikojn al ajna speco de back-ends, kiel ekzemple klasika komputila simulilo aŭ kvantuma procesoro, kiel ekzemple la IBM Quantum Experience-platformo.
Trajtoj
- IT estas altnivela programlingvo por kvantumaj programoj.
- Ĝi havas modulan kaj adapteblan kompililon.
- Ĝi ankaŭ ofertas kelkajn aparataron kaj programajn backends.
- Kvantumkomputila biblioteko ( FermiLib) por solvado de fermionaj problemoj
- La IBM Quantum Experience-peceto, AQT-aparatoj, AWS Braket kaj IonQ servo-provizitaj aparatoj povas ĉiuj esti uzataj por ruli kvantumajn algoritmojn.
- Je pli alta nivelo de abstraktado, kvantumprogramoj povas esti kopiitaj (ekz., imitante la agon de grandaj orakoloj anstataŭe de kompilado de ili al malaltnivelaj pordegoj)
- Sur klasikaj komputiloj, kvantumaj programoj povas esti simulitaj.
3. Tensoflow Quantum
La Python-kadro TensorFlow Quantum (TFQ) estas por kvantumo maŝinlernado. TFQ estas TensorFlow aplikaĵkadro kiu permesas al kvantuma algoritmo kaj maŝinlernadaj esploristoj uzi la kvantumajn komputikadkadrojn de Guglo rekte de TensorFlow.
TensorFlow Quantum estas programo kiu temigas kvantumajn datenojn kaj la kreadon de kvantum-klasikaj hibridaj modeloj. Ĝi kombinas Cirq-dezajnitajn kvantumajn komputikteknikojn kaj logikon kun TensorFlow API-oj, same kiel alt-efikecajn kvantumajn cirkvitajn simulilojn.
La TFQ-kadro povas esti uzata por prizorgi kaj tradiciajn kaj hibridajn modelojn, kiel Quantum CNN (QCNN). Kiel rezulto, TFQ povas esti uzita por ajna problemo kiu antaŭe estis neeble respondi uzante tradiciajn alirojn. Por respondi iujn realajn problemojn, komencu per TFQ por krei kvantumajn aŭ kvantumajn klasikajn hibridajn modelojn.
Trajtoj
- Esploristoj povas uzi TFQ por krei tensorojn uzante kvantumajn datumarojn, kvantumajn modelojn kaj konvenciajn kontrolparametrojn en ununura komputila reto.
- Tensoroj estas uzataj por stoki kvantumajn datenojn (multdimensia aro de nombroj). Ĉiu tensoro de kvantumdatenoj estas priskribita kiel Cirq kvantumcirkvito kiu kreas kvantumdatenojn sur la muŝo.
- La esploristo povas uzi Cirq por prototipi kvantumon Neŭra reto tio estos inkluzivita en TensorFlow-komputila grafeo poste.
- La kapablo samtempe trejni kaj efektivigi multajn kvantumajn cirkvitojn estas grava trajto de TensorFlow Quantum.
4. Percepti
Perceval estas malfermfonta kadro por programado de fotonaj kvantumkomputiloj evoluigitaj fare de Perceval, franca komerco temiganta konstruadon de nova generacio de kvantumkomputiloj bazitaj sur malpeza manipulado.
Perceval ofertas ilojn por komponi cirkvitojn de liniaj optikaj komponentoj, difinante unu-fotonajn fontojn, manipulante Fock-ŝtatojn, prizorgante kvantumajn simuladojn, reproduktante publikigitajn eksperimentajn artikolojn, kaj eksperimentante kun nova generacio de kvantumalgoritmoj per simpla objekt-orientita Python API.
Ĝia celo estas esti kunulilo por konstrui kvantumajn fotonikajn cirkvitojn - por simuli kaj rafini ilian dezajnon, modeligante kaj idealan kaj realan konduton, kaj ofertante normigitan interfacon por kontroli ilin per la nocio de backends.
Ĝi estas optimumigita por funkcii sur loka labortablo, kun multaj plibonigoj por HPC-aretoj, kaj disponigas aliron al sofistikaj backends por nombra kaj simbola simulado de kvantumalgoritmoj sur fotonaj cirkvitoj.
Vi ankaŭ povas uzi ampleksan nombron da antaŭfabrikitaj komponantoj por krei algoritmojn kaj komplikajn liniajn optikaj cirkvitoj. Biblioteko de konataj algoritmoj estas alirebla, kaj ankaŭ lecionoj pri kiel uzi ilin.
Vi ankaŭ povas uzi kelkajn liniojn de kodo por efektivigi eksperimentojn por fajnagordi algoritmojn, kompari kun eksperimentaj datumoj kaj rekrei publikigitajn publikaĵojn.
Trajtoj
- Unuspeca arkitekturo dediĉita tute al lineara optiko kaj fotona kvantuma komputado
- La projekto estas malfermfonta projekto kun modula arkitekturo kiu bonvenigas komunumajn kontribuojn.
- Uzante grandegan bibliotekon de antaŭfabrikitaj komponantoj, kreu algoritmojn kaj komplikajn liniajn optikaj cirkvitoj. Biblioteko de konataj algoritmoj estas alirebla, kaj ankaŭ lecionoj pri kiel uzi ilin.
- Eksperimentu kun algoritmoj por agordi ilin, kompari ilin kun eksperimentaj datumoj kaj kopii ekzistantajn publikaĵojn en kelkaj linioj de kodo.
- Por kopii kvantumajn algoritmojn sur fotonaj cirkvitoj, uzu altnivelajn backends. Perceval estas dizajnita por funkcii sur loka labortablo laŭ kaj nombra kaj simbola efikeco, kun multaj plibonigoj por HPC-aretoj.
5. Qiskit
Ni scias, ke se ni parolas pri venontgeneracia teknologio, IBM havos ion por oferti. Ĝi certe faras. QisKit estas malfermfonta platformo por evoluigado de kvantuma programaro.
Qiskit estas IBM-financita programaro kadro kiu faciligas por uzantoj lerni pri kvantuma komputado. Ĉar kvantumkomputiloj estas malfacile troveblaj, vi povas uzi nuban provizanton kiel la ilaro Qiskit de IBM por akiri aliron al unu.
Ĝi estas tute senpaga uzebla, kaj ĉio el la kodo estas malferma fonto. Estas interreta lernolibro, kiu instruas al vi ĉiujn bazojn de kvantuma fiziko, kiu estas tre utila por komencantoj, kiuj ne konas la temon.
Kvantumkomputiloj povas esti uzataj je la nivelo de pulsoj, cirkvitoj kaj aplikaj moduloj.
Trajtoj
- Uzantoj de diversaj niveloj povas uzi Qiskit por esplorado kaj aplikaĵo-disvolviĝo ĉar ĝi venas kun kompleta kolekto de kvantumaj pordegoj kaj gamo da antaŭkonstruitaj cirkvitoj.
- Vi povas uzi Qiskit Runtime por kunordigi kvantumajn aplikojn sur nubaj CPUoj, QPU-oj kaj GPU-oj, kaj ankaŭ funkcii kaj plani agadojn sur realaj kvantumaj procesoroj.
- La transpililo konvertas Qiskit-kodon en efikan cirkviton utiligantan la indiĝenan pordegan aron de la backend, permesante al uzantoj desegni por iu ajn kvantuma procesoro aŭ arkitekturo kun minimumaj enigaĵoj.
konkludo
Por resumi, kvantumkomputiloj povas rapide penetri la hodiaŭajn ĉifradteknikojn en mallonga tempo, dum la plej granda superkomputilo alirebla nun daŭras jarojn.
Malgraŭ la fakto, ke kvantumkomputiloj povos fendi multajn el la hodiaŭaj ĉifradaj skemoj, estas atendite, ke ili disvolvus kontraŭrompajn alternativojn. Kvantumaj komputiloj estas mirindaj pri traktado de optimumigoj.
Lasi Respondon