Clàr-innse[Falaich][Seall]
Nas luaithe na bha e a-riamh, tha an saoghal ag atharrachadh mar thoradh air atharrachadh didseatach.
Le teachd a-steach tonn ùr de theicneòlas eile a tha comasach air paradigs gnàthach atharrachadh gu mòr le astar is cumhachd iongantach: coimpiutaireachd cuantamach, bidh tuigse air beachdan bunaiteach na h-ùine dhidseatach a’ fàs eadhon nas cudromaiche.
Bidh innleachd adhartach ris an canar coimpiutaireachd cuantamach a’ cleachdadh fiosaig cuantamach gus fuasgladh fhaighinn air duilgheadasan a tha taobh a-muigh raon choimpiutairean gnàthach.
Tha prionnsapalan teòiridh Quantum a’ sealltainn mar a bhios stuth agus lùth gan giùlan fhèin aig na lannan atamach agus subatomic, agus tha Qiskit aig IBM na ghoireas leasachaidh bathar-bog cuantamach stòr fosgailte a chuidicheas le bhith a’ cruthachadh siostaman coimpiutaireachd cuantamach.
Tha an artaigil seo ag amas air seo a mhìneachadh agus sealladh farsaing a thoirt dhut air coimpiutaireachd cuantamach.
Mìnichidh sinn don luchd-leughaidh againn le taic bho choimpiutaireachd cuantamach stòr fosgailte SDK, ie. Qiskit agus leig leotha rannsachadh a 'cleachdadh Leabhraichean Leabhraichean-nota Jupyter air aoigheachd aig IBM Quantum Lab.
Dè a th’ ann an Coimpiutaireachd Quantum?
Coimpiutaireachd Quantum na mheur de shaidheans coimpiutair a tha ag amas air leasachadh teicneòlas coimpiutaireachd a’ cleachdadh bheachdan bho theòiridh cuantamach.
Bidh e a’ gabhail brath air comas sònraichte gràineanan subatomic a bhith ann aig an aon àm ann am mòran stàitean, leithid 0 agus 1.
Tha iad comasach air tòrr a bharrachd dàta a làimhseachadh na coimpiutairean àbhaisteach.
Ann am pròiseasan coimpiutaireachd cuantamach, thèid qubit a dhèanamh a’ cleachdadh staid cuantamach nì. Is e na pìosan fiosrachaidh riatanach ann an coimpiutaireachd cuantamach qubits.
Bidh iad a’ coileanadh an aon ghnìomh ri pìosan ann an coimpiutaireachd àbhaisteach ann an coimpiutaireachd cuantamach, ach bidh iad ag obair gu tur eadar-dhealaichte. Tha coimpiutaireachd cuantamach na raon a nochd anns na 1980n.
An uairsin chaidh a lorg gu robh algorithms cuantamach nas èifeachdaiche ann a bhith a’ dèanamh cuid de ghnìomhan coimpiutair na an co-aoisean clasaigeach.
Is e superposition and entanglement, dà bhun-bheachd bho fhiosaig cuantamach, na bunaitean air a bheil na sàr-choimpiutairean sin stèidhichte.
An coimeas ri coimpiutairean àbhaisteach, faodaidh coimpiutairean cuantamach an-dràsta òrdughan obrach de mheudachd a dhèanamh nas luaithe fhad ‘s a bhios iad a’ caitheamh mòran nas lugha de lùth.
Feumaidh sinn a dhol air adhart le obrachadh choimpiutairean cuantamach gus a làn thuigsinn. Feuch an tòisich sinn a-nis.
Dè dha-rìribh a tha coimpiutair quantum ag obair?
An coimeas ris na coimpiutairean traidiseanta air a bheil sinn cleachdte, bidh coimpiutairean cuantamach a’ dèiligeadh ri fuasgladh chruaidh cheistean ann an dòigh eadar-dhealaichte. Airson cuid de ghnìomhan, tha coimpiutairean cuantamach nas fheàrr na feadhainn traidiseanta ann an grunn dhòighean.
Thathas den bheachd gur e an comas a bhith ann an grunn stàitean aig an aon àm as coireach. Air an làimh eile, chan urrainn dha coimpiutairean àbhaisteach a bhith ach ann an aon stàit aig an aon àm.
Tha trì prìomh bhun-bheachdan ann a dh'fheumas tu a thuigsinn gus tuigsinn mar a tha coimpiutairean cuantamach ag obair:
- Superposition.
- An sàs.
- Eadar-theachd.
Superposition
Tha pìosan nam pàirtean bunaiteach de choimpiutairean traidiseanta. Is e pìosan Quantum, no Qubits, na h-aonadan bunaiteach de choimpiutairean cuantamach.
Gu bunaiteach, bidh pìosan quantum ag obair ann an dòigh eadar-dhealaichte. Is e tionndadh dà-chànanach, ris an canar uaireannan pìos traidiseanta, suidse a dh’ fhaodadh a bhith na 0 no na 1.
Bidh sinn a 'faighinn staid làithreach a' phìos air ais nuair a bhios sinn ga thomhas. Tha Qubits mar eisgeachd dha seo. Faodar Qubits a choimeas ri saighdean a tha a’ comharrachadh trì tomhasan.
Tha iad anns na 0 suidheachaidhean ma sheallas iad suas. Tha iad anns an 1 staid ma chomharraicheas iad sìos. Tha an aon rud fìor le pìosan clasaigeach.
Ach, faodaidh iad cuideachd roghnachadh a bhith ann an staid superposition.
Tha saighead ann an staid far a bheil e a’ comharrachadh slighe sam bith eile. Tha an t-superposition de 0 agus 1 a 'toirt a-mach an staid seo. Bheir Qubit fhathast an dàrna cuid 1 no 0 mar thoradh nuair a thèid a thomhas.
Ach, tha stiùireadh an t-saighead a 'dearbhadh coltachd a tha buntainneach.
Tha thu nas dualtaiche 1 fhaighinn ma tha an t-saighead gu sònraichte a’ comharrachadh sìos agus 0 ma tha i gu sònraichte a’ comharrachadh suas.
Bidh cothrom 50% agad buannachadh airson gach fear ma tha an t-saighead sa mheadhan. Ann an ùine ghoirid, is e sin superposition.
Co-cheangal
Tha na pìosan ann an coimpiutair traidiseanta neo-eisimeileach bho chèile. Chan eil buaidh sam bith aig staid aon phìos air staid a’ phìos eile.
Faodaidh na qubits ann an coimpiutairean cuantamach a dhol an sàs ann an càch a chèile. Tha seo a 'ciallachadh gu bheil iad a' tighinn còmhla ann an aon stàit mòr quantum.
Mar eisimpleir, smaoinich air dà qubit a tha ann an diofar stàitean saobh-chràbhaidh ach nach eil fhathast ceangailte. Aig an àm seo, chan eil an coltachd aca an urra ri chèile.
Nuair a thèid sinn an sàs annta, feumaidh sinn na coltachdan neo-eisimeileach sin a thilgeil air falbh agus faighinn a-mach dè cho coltach sa tha na stàitean eile as urrainn dhuinn teicheadh, is iad sin, 00, 01, 10, agus 11.
Thèid cuairteachadh coltachd an t-siostaim gu lèir atharrachadh ma thèid stiùir na saighead air aon qubit atharrachadh leis gu bheil na qubits ceangailte.
Tha neo-eisimeileachd nan qubits bho chèile air a chall. Tha gach fear dhiubh na phàirt den aon staid sizable. Ge bith cia mheud qubits a th’ agad, tha seo fhathast fìor.
Tha measgachadh comasach de stàitean 2n airson coimpiutair quantum le n qubits.
Tha cuairteachadh coltachd agad thairis air dà stàit, mar eisimpleir, airson aon qubit. Tha cuairteachadh coltachd agad thairis air ceithir stàitean airson dà qubits, msaa. 'S e seo am prìomh eadar-dhealachadh eadar coimpiutairean clasaigeach agus cuantamach.
Faodaidh tu coimpiutairean clasaigeach a chuir ann an suidheachadh sam bith a thaghas tu, ach dìreach aon aig aon àm. Faodaidh na stàitean sin uile a bhith ann aig an aon àm air coimpiutairean quantum mar àrd-shuidheachadh.
Ciamar a gheibh an coimpiutair buannachd bho bhith anns na stàitean sin uile aig an aon àm? Tha an eileamaid mu dheireadh de eadar-theachd a-steach aig an àm seo.
tharraingeach
Faodar gnìomh tonn cuantamach a chleachdadh airson cunntas a thoirt air staid qubit.
Tha an tuairisgeul matamataigeach bunaiteach air a h-uile dad ann am fiosaig cuantamach air a thoirt seachad le gnìomhan tonn.
Nuair a thèid mòran qubits an sàs, tha na gnìomhan tonn fa leth aca air an cur còmhla gus gnìomh aon tonn a chruthachadh a bheir cunntas air staid iomlan a’ choimpiutair cuantamach.
Tha bacadh mar thoradh air na gnìomhan tonn sin a chur ri chèile. Nuair a thèid tonnan a chur ri chèile, is dòcha gum bi iad ag eadar-obrachadh gu cuideachail agus a’ tighinn còmhla gus tonn nas motha a chruthachadh, dìreach mar a bhios ripples uisge.
Faodaidh iad cuideachd eadar-obrachadh millteach gus cuir an-aghaidh a chèile. Tha coltachd measgaichte nan diofar stàitean air a dhearbhadh le gnìomh tonn iomlan a’ choimpiutair quantum.
Faodaidh sinn atharrachadh a dhèanamh air an coltas gun nochd stàitean sònraichte nuair a bhios sinn a’ tomhas a’ choimpiutair cuantamach le bhith ag atharrachadh stàitean diofar qubits.
Eadhon ged a dh’ fhaodadh an coimpiutair quantum a bhith ann an grunn stàitean aig an aon àm, chan eil tomhasan a’ nochdadh ach aon de na stàitean sin.
Mar sin, fhad ‘s a thathar a’ cleachdadh coimpiutair quantum gus obair àireamhachaidh a chrìochnachadh, tha feum air eadar-theachd cuideachail gus an coltas gum faigh e am freagairt ceart agus casg millteach àrdachadh gus an coltas gum faigh thu fear ceàrr a lughdachadh.
A-nis, tòisichidh sinn leis an Qiskit.
Na th’ann Cuiskit?
Tha Qiskit na fhrèam bathar-bog maoinichte le IBM a chaidh a dhealbhadh gus a dhèanamh nas fhasa do dhuine sam bith a dhol a-steach don raon coimpiutaireachd cuantamach.
Leis gu bheil e duilich coimpiutairean quantum fhaighinn, gheibh thu fear tro sholaraiche sgòthan, leithid IBM, a’ cleachdadh am bogsa inneal Qiskit aca.
Tha e ri fhaighinn an-asgaidh, agus tha a chòd gu lèir open source.
Tha an leabhar-teacsa air-loidhne a tha a’ teagasg dhut bunaitean fiosaig cuantamach, a tha glè fheumail dhaibhsan nach eil eòlach air a’ chuspair. Tha Python air a chleachdadh gus an inneal Qiskit a leasachadh.
Mar sin, ma tha thu eòlach air cànan prògramadh Python, aithnichidh tu tòrr còd.
Tha am frèam bathar-bog freagarrach dhaibhsan a tha airson Ionnsaich mu choimpiutaireachd quantum agus aig an aon àm a’ faighinn eòlas practaigeach.
Is e an taobh as bunaitiche de Qiskit gu bheil e ag obair ann an dà ìre. Is e aon de na ceumannan an ìre togail, anns am bi sinn a’ cruthachadh grunn chuairtean cuantamach agus a’ cleachdadh nan cuairtean sin gus an duilgheadas fhuasgladh.
An uairsin, às deidh dhuinn an ìre togail a chrìochnachadh no am fuasgladh a ruighinn, thèid sinn air adhart chun ath ìre, ris an canar an ìre gnìomh, anns am bi sinn a’ feuchainn ri ar togail no ar fuasgladh a ruith anns na diofar backends (stàite cùl-taic vector, cùl-raon aonadach, fosgailte). ASM backend), agus às deidh an ruith a chrìochnachadh, bidh sinn a’ giullachd an dàta san togail airson an toradh a tha thu ag iarraidh.
A 'tòiseachadh le Qiskit
Air a’ choimpiutair pearsanta agad no air an Jupyter Notebook a tha IBM a’ cumail, faodaidh tu a stàladh gu h-ionadail. Sgrìobh an còd a leanas airson a stàladh gu h-ionadail air coimpiutair Windows:
Feumaidh sinn clàradh an seo gus am faigh sinn cothrom air an tòcan API a leigeas leinn innealan quantum IBM a chleachdadh, agus an uairsin is urrainn dhuinn tòiseachadh ag obair le làrach-lìn a’ chompanaidh. Faodaidh tu smaoineachadh air seo a dhèanamh le bhith a’ cleachdadh Leabhar-nota Jupyter air a chuir a-steach le Qiskit a’ ruith air-loidhne.
Faodaidh tu faighinn thuige le bhith a’ taghadh do Phròifil bhon chlàr san oisean gu h-àrd air an làimh dheis den duilleag, agus an uairsin a’ taghadh fiosrachadh cunntais. Gheibh thu an comharra API agad fon roinn air comharran API ann an cruth ***. Tha e air a chopaigeadh agus an uairsin air a chuir a-steach don chòd a leanas:
Aon uair ‘s gu bheil an còd seo air a chuir gu bàs, thèid an comharra API agad a shàbhaladh air do choimpiutair, a’ toirt cothrom dhut innealan cuantamach IBM a chleachdadh. Cuir a-steach na leanas gus faighinn a-mach a bheil cothrom agad air inneal mar seo:
Ma ruitheas an còd a chaidh ainmeachadh, bu chòir dhut a bhith comasach air còd a ruith chan ann a-mhàin air a’ choimpiutair agad ach cuideachd le bhith a’ cur na cuairtean cuantamach togte gu innealan cuantamach IBM agus a’ faighinn thoraidhean.
Mar sin, a’ cleachdadh an leabharlann chuairtean, is urrainn dhuinn tòiseachadh air a’ chiad algorithm cuantamach againn a leasachadh. Bidh sinn a’ tòiseachadh le bhith a’ toirt a-steach na h-eisimeileachd riatanach bho Qiskit a-steach don phròiseact againn.
Bidh sinn an uairsin a’ togail clàr quantum dà-qubit agus clàr àbhaisteach dà-phìos.
Mar sin a-nis tha clàr clasaigeach agus cuantamach againn stèidhichte. A’ cleachdadh na dhà sin, is urrainn dhuinn a’ chuairt a thogail agus ma tha thu, aig àm sam bith rè atharrachadh a’ chuairte, airson sgeidse a dhèanamh cò ris a tha an cuairteachadh cuantamach coltach, sgrìobh an còd a leanas:
Chì sinn bhon dealbh gu bheil an cuairteachadh air a dhèanamh suas de dhà phìos cuantamach agus dà phàirt clasaigeach.
Mar a tha e, tha dìth gheataichean air a’ chuairt seo, ga fhàgail neo-inntinneach. A-nis leig leinn an cuairteachadh a thogail a 'cleachdadh nan geataichean quantum. Coltach ri clasaigeach geataichean loidsig (AND, NO geataichean) airson cuairtean didseatach àbhaisteach, tha geataichean cuantamach nam pàirtean bunaiteach de chuairtean cuantamach.
Is e a bhith a’ cur geata Hadamard ris a’ chiad qubit a’ chiad cheum ann a bhith a’ cruthachadh ceangal. An uairsin, a’ cleachdadh a’ chòd a leanas, cuiridh sinn gnìomh x fo smachd dà-qubit ris:
A-nis gu bheil an dà ghnìomhaiche seo air an cleachdadh gus ar cuairteachadh cuantamach a thogail, tha an t-àm ann na pìosan cuantamach (qubits a thomhas), na tomhais sin a ghabhail, agus an stòradh anns na pìosan clasaigeach. Cruthaichidh sinn an còd riatanach gus sin a choileanadh:
Tha an diagram gu h-ìosal a’ sealltainn cruth ar cuairte:
Feumaidh an cuairteachadh an uairsin a bhith air a ruith air simuladair coimpiutair traidiseanta. Tha an cuairteachadh air a chrìochnachadh. Agus dèan sgrùdadh air toraidhean a’ chuir gu bàs sin.
Tha am fiosrachadh a gheibhear bho bhith a’ coileanadh a’ chuairt sin air a stòradh ann an caochladair nan toraidhean. Nach seall sinn na toraidhean sin a’ cleachdadh histogram cuilbheart.
Is e sin a thachras nuair a ruitheas sinn ar cuairteachadh cuantamach. Airson na h-àireamhan 00 agus 11, gheibh sinn coltachd timcheall air 50%. Chaidh a’ chiad chuairt coimpiutair quantum agad a thogail. Mealaibh ur naidheachd!
Cleachdaidhean Coimpiutaireachd Quantum Qiskit
Ionmhais Qiskit
Tha cruinneachadh de dh’ innealan agus thagraidhean taisbeanaidh air an tabhann le Qiskit Finance. Tha iad sin a’ toirt a-steach eadar-theangairean Ising airson optimization pasgan, solaraichean dàta airson dàta fìor no air thuaiream, agus buileachadh airson diofar roghainnean ionmhais no measaidhean cunnairt creideis a phrìs.
Qiskit Nàdar
Apaichean mar pasgadh pròtain agus structar dealanach / vibronic tha àireamhachadh an dà chuid airson stàitean togarrach agus talmhainn a’ faighinn taic bho Qiskit Nature.
Tha e a 'tairgse a h-uile pàirt a tha a dhìth airson còdan clasaigeach a cheangal agus a thionndadh gu fèin-ghluasadach gu diofar riochdachaidhean a tha a dhìth air coimpiutairean quantum.
Ionnsachadh inneal Qiskit
Quantum ionnsachadh innealan Tha dòighean a bhios gan cleachdadh gus dèiligeadh ri diofar dhuilgheadasan, leithid ais-tharraing agus seòrsachadh, air an toirt seachad le Qiskit Machine Learning a bharrachd air kernels cuantamach bunaiteach agus lìonraidhean cuantamach neural (QNNn) mar bhlocaichean togail.
Tha e cuideachd a’ comasachadh QNNn a cheangal ri PyTorch airson eileamaidean cuantamach a thoirt a-steach do ghnìomhachd clasaigeach.
Optimization Qiskit
Tha Qiskit Optimization a’ tabhann an speactram iomlan de sheirbheisean optimization, a ’toirt a-steach modaladh àrd-ìre de chùisean optimization, eadar-theangachadh fèin-ghluasadach de dhuilgheadasan gu diofar riochdachaidhean a tha a dhìth, agus cruinneachadh de dhòighean optimization quantum sìmplidh.
Co-dhùnadh
Gu crìch, ged a bheir an supercomputer as luaithe a tha ri fhaighinn a-nis bliadhnaichean, faodaidh coimpiutairean cuantamach briseadh gu sgiobalta tro na dòighean crioptachaidh gnàthach.
A dh’ aindeoin ‘s gum bi e comasach do choimpiutairean cuantamach mòran de na dòighean crioptachaidh a thathas a’ cleachdadh an-diugh a bhriseadh, thathar an dùil gun cruthaich iad luchd-ionaid a bhios a’ dìon hack.
Is e neart de choimpiutairean cuantamach a th’ ann a bhith a’ leasachadh dhuilgheadasan. Airson tuilleadh fiosrachaidh, tadhal air Qiskit GitHub.
Leave a Reply