Edukien aurkibidea[Ezkutatu][Erakutsi]
Konputazio kuantikoa ordenagailu tradizionalen gaitasunetatik kanpo dauden arazoei aurre egiteko fisika kuantikoa erabiltzen duen teknologia berri bat da.
Gaur egun konpainia asko saiatzen ari dira benetako hardware kuantikoa eskura jartzen hamar mila garatzaileren eskura, zientzialariek duela hiru hamarkada inguru amestu zuten tresna.
Ondorioz, gure ingeniariek ordenagailu kuantiko supereroale gero eta indartsuagoak zabaltzen ari dira maiz, mundua aldatzeko beharrezkoa den konputazio kuantikoko abiadura eta ahalmenera hurbiltzen gaituzte.
Argitalpen honetan, sakonago aztertuko dugu informatika kuantikoa eta horrekin batera doazen tresnak eta esparruak, baita 2022an non egongo diren ere.
Zer da Informatika Kuantikoa?
Superordenagailu hauek gainezarpenaren eta korapilazioaren printzipioetan eraikitzen dira, hau da, fisika kuantikoaren bi alderdi dira. Ordenagailu kuantikoek gaur egun ordenagailu tradizionalek baino magnitude ordena handiagoak diren zereginak egin ditzakete energia gutxiago erabiliz.
1980ko hamarkadan, konputazio kuantikoaren arloa sortu zen. Orduan agerian geratu zen algoritmo kuantikoak ohiko baliokideak baino eraginkorragoak zirela ordenagailuko zenbait zeregin ebazteko.
Konputazio kuantikoa teoria kuantikoko kontzeptuetan oinarritutako informatika teknologiaren aurrerapenean oinarritzen den informatika diziplina bat da. Partikula subatomikoek aldi berean hainbat egoeratan egoteko duten aparteko gaitasunaz baliatzen da, hala nola 0 eta 1. Ordenagailu arruntek baino datu gehiago prozesatzeko gai dira.
Elementu baten egoera kuantikoa konputazio kuantikoko eragiketetan qubit bat sortzeko erabiltzen da. Qubitak konputazio kuantikoaren oinarrizko datu-unitateak dira. Konputazio kuantikoan, bitek konputazio arruntean egiten duten lan bera betetzen dute, baina nahiko ezberdin jokatzen dute.
Bit tradizionalak bitarrak dira eta 0 edo 1eko posizioa soilik mantendu dezakete, qubitek, berriz, egoera posible guztien gainposizioa izan dezakete.
Konputazio kuantikorako esparru onenak
1. Zirku
Cirq Google-ren Quantum AI taldeak eraiki zuen. Zirkuitu kuantikoak diseinatzeko eta hobetzeko erabiltzen da, gero ordenagailu eta simulagailu kuantikoetan probatzen direnak. Cirq zoragarria da, bizitza errealean ikusten direnen nahiko antzekoak diren garapen-simulagailuak eskaintzen dituelako.
Horrek esan nahi du liburutegiak NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) inguratzen dituen hardware xehetasunen bidez egiten duela, horrela ziur egon gaitezkeela algoritmoa edo zirkuitua benetako ordenagailu kuantiko batean exekutatu daitekeela amaitu ondoren.
Ondorioz, zirkuitu kuantiko moldagarriak eta hedagarriak sortzeko ustiatzeko ahalmena du. Elkarreragingarritasun ezaugarriak ere baditu. Zirkuitu kuantikoak eta simulazioak inportatu eta esportatzen dituen softwarea, adibidez.
Kode irekikoak diren ordenagailu kuantikoak programatzeko esparrua. Cirq bat da Python Ordenagailu eta simulagailu kuantikoetan exekutatu aurretik zirkuitu kuantikoak sortu, manipulatu eta optimizatzeko aukera ematen duen software paketea.
Cirq abstrakzio eraginkorra da egungo eskala ertaineko ordenagailu kuantiko zaratatsuei aurre egiteko, non hardware-eskakizunak funtsezkoak diren puntako emaitzak lortzeko.
Ezaugarriak
- Qubitetan funtzionatzen duten ateetatik, zirkuitu kuantikoak diseinatzen ikas dezakezu. Ikasi zer den Momentu bat eta nola txertatzeko taktika ezberdinek zure zirkuitu ideala eraikitzen lagunduko dizuten. Ikasi zirkuituak mozten eta zatitzen zirkuitu berriak eta hobetuak sortzeko.
- Teknologiaren murrizketek eragin handia dute zirkuitu bat hardware garaikidean inplementa daitekeen ala ez. Ikasi Google-ren Informatika Kuantikoa Zerbitzua nola programatu eta muga horiei aurre egiteko gailuak nola sortu.
- Uhin-funtzioak eta dentsitate-matrizeak simulagailuak dituzte Cirq-en. Monte Carlo edo dentsitate osoko matrizearen simulazioak erabil daitezke kanal kuantiko zaratatsuei aurre egiteko.
- Google-ren prozesadore kuantikoetan probak egiteko, Cirq-ek Quantum Computing Service-rekin kolaboratzen du.
2. ProiektuaQ
ETH Zurichek ProjectQ sortu zuen, kode irekiko konputazio kuantikoko software-arkitektura. Sendoa eta zuzena eskaintzen du sintaxia erabiltzaileek Python-en aplikazio kuantikoak sortzeko. ProjectQ-ek script hauek edozein backend-era bihur ditzake, ordenagailu-simulatzaile klasiko bat edo prozesadore kuantiko bat izan.
Orduan, ProjectQ-ek aplikazio hauek edozein backend-era bihur ditzake, hala nola ordenagailu-simulatzaile klasiko batera edo prozesadore kuantiko batera, hala nola IBM Quantum Experience plataformara.
Ezaugarriak
- IT maila handikoa da programazio hizkuntza programa kuantikoetarako.
- Konpiladore modular eta moldagarria du.
- Hardware eta software backend ugari ere eskaintzen ditu.
- Konputagailu kuantikoen liburutegia (FermiLib) arazo fermionikoak ebazteko
- IBM Quantum Experience txipa, AQT gailuak, AWS Braket eta IonQ zerbitzuek emandako gailuak erabil daitezke algoritmo kuantikoak exekutatzeko.
- Abstrakzio maila altuago batean, programa kuantikoak emulatu daitezke (adibidez, orakulu handien ekintza imitatuz, maila baxuko ateetan konpilatu beharrean)
- Ordenagailu klasikoetan, programa kuantikoak simulatu daitezke.
3. Tensoflow Quantum
Python framework TensorFlow Quantum (TFQ) kuantikorako da makina ikaskuntza. TFQ TensorFlow aplikazio-esparru bat da, algoritmo kuantikoei eta ikaskuntza automatikoko ikertzaileei Google-ren konputazio kuantikoko esparruak zuzenean TensorFlow-etik erabiltzeko aukera ematen diena.
TensorFlow Quantum datu kuantikoetan eta eredu hibrido kuantiko-klasikoen sorreran zentratzen den programa da. Cirq-ek diseinatutako konputazio kuantikoko teknikak eta logika TensorFlow APIekin konbinatzen ditu, baita errendimendu handiko zirkuitu kuantikoen simulagailuekin ere.
TFQ esparrua eredu tradizionalak zein hibridoak exekutatzeko erabil daiteke, hala nola Quantum CNN (QCNN). Ondorioz, TFQ ikuspegi tradizionalen bidez erantzun ezinezkoa zen edozein arazotarako erabil daiteke. Mundu errealeko arazo batzuei erantzuteko, hasi TFQ-rekin eredu hibrido kuantiko edo kuantiko klasikoak sortzeko.
Ezaugarriak
- Ikertzaileek TFQ erabil dezakete tentsoreak sortzeko datu multzo kuantikoak, eredu kuantikoak eta ohiko kontrol-parametroak erabiliz sare konputazional bakarrean.
- Tentsoreak datu kuantikoak gordetzeko erabiltzen dira (dimentsio anitzeko zenbakien multzoa). Datu kuantikoen tentsore bakoitza hegan datu kuantikoak sortzen dituen Cirq zirkuitu kuantiko gisa deskribatzen da.
- Ikertzaileak Cirq erabil dezake kuantiko baten prototipoak egiteko sare neural hori geroago TensorFlow konputazio grafiko batean sartuko da.
- Zirkuitu kuantiko ugari aldi berean entrenatu eta exekutatzeko gaitasuna TensorFlow Quantum-en ezaugarri nagusi bat da.
4. hautematen
Perceval ordenagailu kuantiko fotonikoak programatzeko kode irekiko marko bat da, Perceval-ek garatua.
Percevalek osagai optiko linealetatik zirkuituak konposatzeko tresnak eskaintzen ditu, fotoi bakarreko iturriak definitzeko, Fock egoerak manipulatzeko, simulazio kuantikoak egiteko, argitaratutako lan esperimentalak erreproduzitzeko eta algoritmo kuantikoen belaunaldi berri batekin esperimentatzeko, objektuetara zuzendutako Python API sinple baten bidez.
Bere helburua zirkuitu fotoniko kuantikoak eraikitzeko tresna lagun bat izatea da, haien diseinua simulatzeko eta fintzeko, portaera ideala eta erreala modelizatzeko eta interfaze estandarizatu bat eskaintzeko backend nozioaren bidez kontrolatzeko.
Tokiko mahaigainean funtzionatzeko optimizatuta dago, HPC klusterrentzako hobekuntza askorekin, eta zirkuitu fotonikoetako algoritmo kuantikoen simulazio numeriko eta sinbolikorako backend sofistikatuetarako sarbidea eskaintzen du.
Aurrefabrikatutako osagai ugari ere erabil ditzakezu algoritmoak eta zirkuitu optiko lineal konplikatuak sortzeko. Algoritmo ezagunen liburutegia eskuragarri dago, baita horiek erabiltzeko ikasgaiak ere.
Kode-lerro batzuk ere erabil ditzakezu esperimentuak exekutatzeko, algoritmoak doitzeko, datu esperimentalekin alderatzeko eta argitaratutako argitalpenak birsortzeko.
Ezaugarriak
- Optika linealari eta konputazio kuantiko fotonikoari erabat eskainitako arkitektura bakarra.
- Proiektua kode irekiko proiektu bat da, komunitatearen ekarpenak onartzen dituen arkitektura modularra duena.
- Osagai aurrefabrikatuen liburutegi handi bat erabiliz, sortu algoritmoak eta zirkuitu optiko lineal konplikatuak. Algoritmo ezagunen liburutegia eskuragarri dago, baita horiek erabiltzeko ikasgaiak ere.
- Algoritmoekin esperimentatu horiek doitzeko, datu esperimentalekin alderatu eta lehendik dauden argitalpenak kode lerro gutxitan kopiatu.
- Zirkuitu fotonikoetan algoritmo kuantikoak emulatzeko, erabili backend sofistikatuak. Perceval mahaigain lokal batean exekutatzeko diseinatuta dago errendimendu numerikoari eta sinbolikoari dagokionez, HPC klusterrentzako hobekuntza askorekin.
5. Qiskit
Badakigu hurrengo belaunaldiko teknologiaz ari bagara, IBMk izango duela zer eskaintzeko. Zalantzarik gabe. QisKit software kuantikoa garatzeko kode irekiko plataforma bat da.
Qiskit IBMk finantzatutako software-esparru bat da, erabiltzaileei buruz ikastea errazten diena informatika kuantikoa. Ordenagailu kuantikoak etortzea zaila denez, IBMren Qiskit tresna-tresna bezalako hodeiko hornitzaile bat erabil dezakezu horretarako sarbidea lortzeko.
Erabat doakoa da erabiltzeko, eta kode guztia da kode irekiko. Fisika kuantikoaren oinarri guztiak irakasten dituen sareko testuliburu bat dago, eta hori oso erabilgarria da gaia ezagutzen ez duten hasiberrientzat.
Ordenagailu kuantikoak pultsu, zirkuitu eta aplikazio moduluen mailan erabil daitezke.
Ezaugarriak
- Hainbat mailatako erabiltzaileek Qiskit erabil dezakete ikerketarako eta aplikazioak garatzeko, ate kuantikoen bilduma oso batekin eta aurrez eraikitako zirkuitu sorta batekin baitator.
- Qiskit Runtime erabil dezakezu hodeian oinarritutako CPU, QPU eta GPUetan aplikazio kuantikoak koordinatzeko, baita benetako prozesadore kuantikoetan jarduerak exekutatu eta programatzeko ere.
- Transpiler-ak Qiskit kodea zirkuitu eraginkor batean bihurtzen du backendaren jatorrizko ate multzoa erabiliz, erabiltzaileei edozein prozesadore edo arkitektura kuantikorako sarrera minimoekin diseinatzeko aukera emanez.
Ondorioa
Laburbilduz, ordenagailu kuantikoek gaur egungo enkriptazio-tekniketan azkar sar daitezke denbora gutxian, eta orain eskuragarri dagoen superordenagailurik handienak urteak behar ditu.
Konputagailu kuantikoak gaur egungo enkriptazio-eskema asko crack egiteko gai izango diren arren, espero da hack-frogako alternatibak garatuko dituztela. Ordenagailu kuantikoak bikainak dira optimizazio arazoei aurre egiteko.
Utzi erantzun bat