Níos tapúla ná riamh, tá an domhan ag athrú mar gheall ar athrú digiteach.
Le teacht chun cinn tonn nua teicneolaíochta eile atá in ann paraidímí reatha a athrú go mór le luas agus cumhacht iontach: an ríomhaireacht chandamach, beidh sé níos tábhachtaí fós tuiscint a fháil ar bhunsmaointe na ré digití.
Baineann teicníc cheannródaíoch ar a dtugtar ríomhaireacht chandamach úsáid as fisic chandamach chun fadhbanna a réiteach atá lasmuigh de scóip na ngnáthríomhairí.
Léiríonn prionsabail teoiric chandamach an chaoi a n-iompraíonn ábhar agus fuinneamh iad ag na scálaí adamhach agus fo-adamhacha, agus is trealamh forbartha bogearraí candamach foinse oscailte é Qiskit IBM a chuidíonn le córais ríomhaireachta chandamach a chruthú.
Tá sé mar aidhm ag an alt seo é seo a mhíniú agus forbhreathnú a sholáthar duit ar an ríomhaireacht chandamach.
Míneoimid dár léitheoirí le cabhair ó ríomhaireacht chandamach foinse oscailte SDK, .i. Qiskit agus lig dóibh iniúchadh a dhéanamh ag baint úsáide as Leabhair Nótaí Jupyter arna óstáil ag IBM Quantum Lab.
Cad is Ríomhaireacht Chandamach ann?
Ríomhaireacht chainníochtúil Is brainse den ríomheolaíocht é a dhíríonn ar theicneolaíocht ríomhaireachta a fhorbairt agus úsáid á baint as smaointe ó theoiric chandamach.
Baineann sé leas as cumas eisceachtúil na gcáithníní fo-adamhacha a bheith ann go comhuaineach i go leor stát, mar shampla 0 agus 1.
Tá siad in ann i bhfad níos mó sonraí a phróiseáil ná na ríomhairí rialta.
I bpróisis ríomhaireachta chandamach, déantar cubit ag baint úsáide as staid chandamach ruda. Is iad na píosaí riachtanacha faisnéise sa ríomhaireacht chandamach ná cubits.
Comhlíonann siad an fheidhm chéanna le giotán i ngnáthríomhaireacht sa ríomhaireacht chandamach, ach gníomhaíonn siad ar bhealach difriúil. Is réimse í an ríomhaireacht chandamach a tháinig chun cinn sna 1980í.
Ansin fuarthas amach go raibh algartaim chandamach níos éifeachtaí chun roinnt tascanna ríomhaireachta a dhéanamh ná a gcomhghleacaithe clasaiceacha.
Is iad forshuíomh agus gabháil, dhá choincheap ón bhfisic chandamach, na bunsraitheanna ar a bhfuil na hardríomhairí seo bunaithe.
I gcomparáid le gnáth-ríomhairí, is féidir le ríomhairí chandamach faoi láthair orduithe poist de mhéid a dhéanamh níos tapúla agus iad ag caitheamh i bhfad níos lú fuinnimh.
Ní mór dúinn dul ar aghaidh le hoibriú ríomhairí chandamach chun é a thuiscint go hiomlán. Tosaímid anois.
Conas i ndáiríre a oibríonn ríomhaire chandamach?
I gcomparáid leis na ríomhairí traidisiúnta a bhfuil taithí againn orthu, cuireann ríomhairí chandamach aghaidh ar réiteach fadhbanna ar bhealach difriúil. I gcás roinnt tascanna, is fearr ríomhairí chandamach ná na cinn thraidisiúnta ar roinnt bealaí.
Ceaptar gurb é a gcumas a bheith ann i go leor stát láithreach bonn. Ar an láimh eile, ní féidir le ríomhairí traidisiúnta a bheith ach in aon stát amháin ag an am céanna.
Tá trí phríomhchoincheap ann nach mór duit a thuiscint chun a thuiscint conas a oibríonn ríomhairí chandamach:
- Forshuíomh.
- Isteach.
- Cur isteach.
Forshuíomh
Is comhpháirteanna bunúsacha na ríomhairí traidisiúnta iad giotán. Is iad giotán chandamach, nó Qubits, na haonaid bhunúsacha de ríomhairí chandamach.
Go bunúsach, oibríonn giotán chandamach ar bhealach difriúil. Is lasc é giotán dénártha, ar a dtugtar giotán traidisiúnta uaireanta, is féidir a bheith ina 0 nó ina 1.
Faighimid staid reatha an ghiotán ar ais nuair a thomhaisimid é. Is eisceacht é seo Qubits. Is féidir Qubits a chur i gcomparáid le saigheada atá dírithe i dtrí thoise.
Tá siad sna 0 coinníollacha má léiríonn siad aníos. Tá siad sa stát 1 má léiríonn siad anuas. Tá an rud céanna fíor le giotán clasaiceach.
Mar sin féin, is féidir leo a roghnú freisin a bheith i stát forshuíomh.
Tá saighead sa riocht ina díríonn sí ar aon treo eile. Mar thoradh ar fhorshuíomh 0 agus 1 sa riocht seo. Déanfaidh Qubit fós 1 nó 0 a tháirgeadh mar thoradh nuair a thomhaistear é.
Mar sin féin, cinneann treoshuíomh na saigheada dóchúlacht atá ábhartha.
Is mó an seans go bhfaighidh tú 1 má tá an tsaighead ag díriú anuas go príomha agus 0 má tá sí ag díriú aníos go príomha.
Beidh seans 50% agat gach ceann a bhuachan má tá an tsaighead sa lár. Go hachomair, is é sin forshuíomh.
Iontráil
Tá na giotáin i ríomhaire traidisiúnta neamhspleách ar a chéile. Níl aon tionchar ag staid ghiotán amháin ar staid an ghiotáin eile.
Is féidir leis na qubits i ríomhairí chandamach dul i bhfostú lena chéile. Tugann sé seo le tuiscint go gcumascfaidh siad isteach i stát amháin mór chandamach.
Mar léiriú, smaoinigh ar dhá chuaird atá i stáit éagsúla forshuímh ach nach bhfuil fite fuaite fós. Ag an am seo, níl a dóchúlacht ag brath ar a chéile.
Nuair a théimid i bhfostú dóibh, ní mór dúinn na dóchúlachtaí neamhspleácha sin a chaitheamh siar agus dóchúlachtaí na stát malartach ar fad ar féidir linn éalú uathu a chinneadh, eadhon, 00, 01, 10, agus 11.
Athraítear dáileadh dóchúlachta an chórais iomláin má athraítear treo na saigheada ar chubit amháin toisc go bhfuil na cubits fite fuaite.
Tá neamhspleáchas na Qubits óna chéile caillte. Tá gach ceann acu ina chomhpháirt den stát suntasach céanna. Is cuma cé mhéad qubits atá agat, tá sé seo fós an cás.
D’fhéadfadh meascán de stáit 2n do ríomhaire chandamach le n qubits.
Tá dáileadh dóchúlachta agat thar dhá stát, cuir i gcás, cubit amháin. Tá dáileadh dóchúlachta agat thar cheithre stát ar feadh dhá chubit, etc. Is é seo an príomh-idirdhealú idir ríomhairí clasaiceacha agus ríomhairí chandamach.
Is féidir leat ríomhairí clasaiceacha a chur i cibé riocht a roghnaíonn tú, ach gan ach ceann amháin ag an am. Is féidir leis na stáit sin go léir a bheith ann i gcomhthráth ar ríomhairí chandamach mar fhorshuíomh.
Conas is féidir leis an ríomhaire leas a bhaint as a bheith sna stáit sin go léir ag an am céanna? Tagann an eilimint dheireanach trasnaíochta isteach ag an bpointe seo.
Cur isteach
Is féidir feidhm thoinne chandamach a úsáid chun cur síos a dhéanamh ar staid cubit.
Soláthraíonn feidhmeanna tonnta an cur síos bunúsach matamaitice ar gach rud san fhisic chandamach.
Nuair a bhíonn go leor cubits fite fuaite, comhcheanglaítear a bhfeidhmeanna tonnta aonair le chéile chun feidhm tonn amháin a chruthú a chuireann síos ar staid iomlán an ríomhaire chandamach.
Tá cur isteach mar thoradh ar na feidhmeanna tonnta seo a chur le chéile. Nuair a chuirtear tonnta le chéile, d’fhéadfaidís idirghníomhú go cuiditheach agus teacht le chéile chun tonn níos mó a chruthú, díreach mar a dhéanann ripples uisce.
Is féidir leo idirghníomhú go millteach freisin chun gníomhú in aghaidh a chéile. Is é feidhm tonnta iomlán an ríomhaire chandamach a chinneann dóchúlacht éagsúil na stát éagsúil.
Is féidir linn an dóchúlacht go dtiocfaidh stáit áirithe chun cinn nuair a thomhaisimid an ríomhaire chandamach a athrú trí staideanna cubits éagsúla a athrú.
Cé gur féidir leis an ríomhaire chandamach a bheith ann i roinnt forshuímh stáit ag an am céanna, ní léiríonn tomhais ach ceann amháin de na stáit sin.
Mar sin, agus ríomhaire chandamach á úsáid chun jab ríomha a chur i gcrích, tá gá le trasnaíocht chuiditheach chun an dóchúlacht go bhfaighfear an freagra ceart agus go gcuirfí isteach go millteach a mhéadú chun an dóchúlacht go bhfaighfear ceann mícheart a laghdú.
Anois, déanaimis tosú leis an Qiskit.
Cad é Qiskit?
Is creat bogearraí atá maoinithe ag IBM é Qiskit atá deartha chun é a dhéanamh níos fusa do dhuine ar bith dul isteach i réimse na ríomhaireachta chandamach.
Toisc go bhfuil sé deacair ríomhairí chandamach a fháil, is féidir leat ceann a fháil trí sholáthraí scamall, mar IBM, ag baint úsáide as a mbosca uirlisí Qiskit.
Tá sé ar fáil saor in aisce, agus tá a chód ar fad foinse oscailte.
Tá téacsleabhar ar líne a mhúineann tú bunúsacha uile na fisice chandamach, atá an-úsáideach dóibh siúd nach bhfuil cur amach acu ar an ábhar. Úsáidtear Python chun an fhoireann uirlisí Qiskit a fhorbairt.
Mar sin, má tá tú eolach ar theanga ríomhchlárúcháin Python, aithneoidh tú go leor cód.
Tá an creat bogearraí oiriúnach dóibh siúd ar mian leo foghlaim faoin ríomhaireacht chandamach agus taithí phraiticiúil á fháil ag an am céanna.
Is é an ghné is bunúsaí de Qiskit ná go n-oibríonn sé i dhá chéim. Ceann de na céimeanna is ea an chéim tógála, ina gcruthaímid roinnt ciorcaid chandamach agus ina n-úsáidimid na ciorcaid sin chun an fhadhb a réiteach.
Ansin, tar éis an chéim tógála a chríochnú nó an réiteach a bhaint amach, leanaimid ar aghaidh go dtí an chéad chéim eile, ar a dtugtar an chéim fhorghníomhaithe, ina ndéanaimid iarracht ár dtógáil nó ár réiteach a reáchtáil sna haiséil éagsúla (luaigh inneall veicteoir, inneall aonadach, oscailt Inneall ASM), agus tar éis an rith a bheith críochnaithe, próiseáilimid na sonraí sa tógáil don aschur inmhianaithe.
Tús a chur le Qiskit
Ar do ríomhaire pearsanta nó ar an Jupyter Notebook atá á óstáil ag IBM, is féidir leat é a shuiteáil go háitiúil. Scríobh an cód seo a leanas le suiteáil go háitiúil ar ríomhaire Windows:
Ní mór dúinn clárú anseo chun rochtain a fháil ar an comhartha API a chuireann ar ár gcumas feistí candamach IBM a úsáid, agus ansin is féidir linn tosú ag obair le láithreán gréasáin na cuideachta. Is féidir leat a shamhlú é seo a dhéanamh trí úsáid a bhaint as Leabhar nótaí Jupyter suiteáilte ag Qiskit a ritheann ar líne.
Is féidir leat é a rochtain trí do Phróifíl a roghnú ón roghchlár sa chúinne uachtarach ar dheis den leathanach, agus ansin faisnéis Chuntais a roghnú. Is féidir leat do chomhartha API a fháil faoin alt ar chomharthaí API i bhfoirm ***. Déantar é a chóipeáil agus ansin a chur isteach sa chód seo a leanas:
Nuair a bheidh an cód seo curtha i gcrích, déanfar do chomhartha API a shábháil ar do ríomhaire, rud a chuirfidh ar do chumas gléasanna chandamach IBM a úsáid. Cuir isteach an méid seo a leanas chun a fháil amach an bhfuil rochtain agat ar ghléas den sórt sin:
Má ritheann an cód thuasluaite, ba cheart go mbeifeá in ann cód a rith ní hamháin ar do ríomhaire ach freisin trí na ciorcaid chandamach ionsuite a sheoladh chuig gléasanna chandamach IBM agus torthaí a fháil.
Mar sin, ag baint úsáide as an leabharlann ciorcaid, is féidir linn tosú ag forbairt ár gcéad algartam chandamach. Tosaímid trí na spleáchais riachtanacha ó Qiskit a allmhairiú isteach inár dtionscadal.
Déanaimid ansin clár chandamach dhá qubit agus clár traidisiúnta dhá ghiotán.
Mar sin anois tá clár clasaiceach agus clár chandamach bunaithe againn. Agus an dá cheann sin á n-úsáid againn, is féidir linn an ciorcad a thógáil agus más mian leat, ag am ar bith le linn mhodhnú an chiorcaid, a chuma a sceitseáil ar an gciorcad candamach, scríobh an cód seo a leanas:
Is féidir linn a fheiceáil ón bpictiúr go bhfuil an ciorcad comhdhéanta de dhá ghiotán chandamach agus dhá ghiotán clasaiceach.
Mar atá sé, níl geataí ar an gciorcad seo, rud a fhágann nach bhfuil sé suimiúil. Anois déanaimis an ciorcad ag baint úsáide as na geataí chandamach. Cosúil le clasaiceach geataí loighic (AGUS, NÓ geataí) do ghnáthchiorcaid dhigiteacha, is iad geataí candamach na comhpháirteanna bunúsacha de chiorcaid chandamach.
Is é geata Hadamard a chur i bhfeidhm ar an gcéad qubit an chéad chéim chun gabháil a chruthú. Ansin, ag baint úsáide as an gcód seo a leanas, cuirfimid oibríocht x dhá qubit rialaithe leis:
Anois gur úsáideadh an dá oibreoir seo chun ár gciorcad candamach a thógáil, tá sé in am na giotán chandamach (qubits) a thomhas, na tomhais sin a ghlacadh, agus iad a stóráil sna giotán clasaiceacha. Cruthaímid an cód riachtanach chun é sin a bhaint amach:
Léiríonn an léaráid thíos leagan amach ár gciorcad:
Ní mór an ciorcad a rith ansin ar insamhlóir traidisiúnta ríomhaire. Tá an ciorcad críochnaithe. Agus scrúdaigh torthaí an fhorghníomhaithe sin.
Stóráiltear an fhaisnéis a fhaightear ón gciorcad sin a dhéanamh san athróg toraidh. Taispeánaimis na torthaí seo trí histeagram plota a úsáid.
Sin é a tharlaíonn nuair a rithimid ár gciorcad candamach. Maidir leis na huimhreacha 00 agus 11, faightear dóchúlachtaí thart ar 50%. Tógadh do chiorcad ríomhaire chandamach tosaigh. Comhghairdeachas!
Feidhmeanna Ríomhaireachta Quantum Qiskit
Qiskit Airgeadais
Cuireann Qiskit Finance bailiúchán uirlisí agus feidhmchláir thaispeána ar fáil. Áirítear orthu sin aistritheoirí Ising le haghaidh barrfheabhsú punainne, soláthraithe sonraí le haghaidh sonraí iarbhír nó randamach, agus feidhmiúcháin chun roghanna airgeadais éagsúla nó measúnuithe riosca creidmheasa a phraghsáil.
Nádúr Qiskit
Aipeanna cosúil le fillte próitéine agus struchtúr leictreonach/vibrónach tacaíonn Qiskit Nature le ríomhanna do stáit ar bís agus don talamh araon.
Tairgeann sé na codanna go léir a theastaíonn chun cóid chlasaiceacha a nascadh agus a thiontú go huathoibríoch go léiriúcháin éagsúla a theastaíonn ó ríomhairí chandamach.
Foghlaim Meaisín Qiskit
Cainníochtaí foghlaim meaisín Soláthraíonn Qiskit Machine Learning modhanna a úsáideann iad chun aghaidh a thabhairt ar fhadhbanna éagsúla, amhail aischéimniú agus aicmiú, chomh maith le heithneanna candamacha bunúsacha agus gréasáin chandamach néaracha (QNNanna) mar bhloic thógála.
Cumasaíonn sé freisin QNNanna a nascadh le PyTorch chun críocha eilimintí chandamach a ionchorprú in oibríochtaí clasaiceacha.
Optamú Qiskit
Cuireann Qiskit Optimization an speictream iomlán de sheirbhísí optamaithe ar fáil, lena n-áirítear samhaltú ardleibhéil ar shaincheisteanna optamaithe, aistriú uathoibrithe ar fhadhbanna chuig uiríll riachtanacha éagsúla, agus bailiúchán de mhodhanna optamaithe chandamach simplí.
Conclúid
Mar fhocal scoir, cé go dtógann an t-ollríomhaire is tapúla atá ar fáil anois na blianta, is féidir le ríomhairí chandamach briseadh go tapa trí na modhanna criptithe reatha.
In ainneoin go mbeidh ríomhairí chandamach in ann go leor de na teicnící criptithe a úsáidtear inniu a bhriseadh, táthar ag súil go gcruthóidh siad ionaid hack-proof.
Is neart ríomhairí chandamach é fadhbanna a bharrfheabhsú. Le haghaidh tuilleadh sonraí, tabhair cuairt ar Qiskit GitHub.
Leave a Reply