Índice analítico[Ocultar][Mostrar]
A computación cuántica é unha tecnoloxía novedosa que utiliza a física cuántica para abordar problemas que superan as capacidades dos ordenadores tradicionais.
Moitas empresas están tentando agora poñer hardware cuántico a disposición de decenas de miles de desenvolvedores, unha ferramenta que os científicos só soñaron hai unhas tres décadas.
Como resultado, os nosos enxeñeiros están a despregar con frecuencia ordenadores cuánticos supercondutores cada vez máis potentes, achegándonos á velocidade e á capacidade de computación cuántica necesarias para alterar o mundo.
Neste post, imos ollar máis de cerca computación cuántica e as ferramentas e marcos que o acompañan, así como onde estarán en 2022.
Que é a computación cuántica?
Estes supercomputadores están construídos sobre os principios de superposición e enredo, que son dous aspectos da física cuántica. As computadoras cuánticas agora poden facer tarefas a velocidades que son ordes de magnitude máis rápidas que as computadoras tradicionais mentres usan moita menos enerxía.
Na década de 1980 xurdiu a área da computación cuántica. Entón revelouse que os algoritmos cuánticos eran máis eficientes que os seus equivalentes convencionais para resolver determinadas tarefas informáticas.
A computación cuántica é unha disciplina da informática que se centra no avance da tecnoloxía informática baseada nos conceptos da teoría cuántica. Fai uso da extraordinaria capacidade das partículas subatómicas para existir en varios estados á vez, como 0 e 1. Son capaces de procesar bastante máis datos que os ordenadores comúns.
O estado cuántico dun elemento úsase para crear un qubit en operacións de computación cuántica. Os qubits son as unidades de datos fundamentais da computación cuántica. Na computación cuántica, teñen o mesmo traballo que os bits na computación ordinaria, pero compórtanse de forma bastante diferente.
Os bits tradicionais son binarios e só poden manter unha posición de 0 ou 1, mentres que os qubits poden incluír unha superposición de todos os estados posibles.
Mellores marcos para computación cuántica
1. Circq
Cirq foi construído polo equipo Quantum AI de Google. Úsase para deseñar e mellorar circuítos cuánticos que logo son probados en computadores e simuladores cuánticos. Cirq é fantástico xa que ofrece simuladores de desenvolvemento que son bastante similares aos que se ven na vida real.
Isto implica que a biblioteca traballa a través dos detalles do hardware que rodean a NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) para que poidamos estar seguros de que o algoritmo ou circuíto se pode executar nunha computadora cuántica real despois de que estea rematado.
Como resultado, ten o potencial de ser explotado para crear circuítos cuánticos adaptables e despregables. Tamén ten características de interoperabilidade. Un software que importa e exporta circuítos e simulacións cuánticas, por exemplo.
Un marco para programar computadoras cuánticas de código aberto. Cirq é un Pitão paquete de software que permite crear, manipular e optimizar circuítos cuánticos antes de executalos en computadores e simuladores cuánticos.
Cirq é unha abstracción eficiente para xestionar os ruidosos ordenadores cuánticos de escala intermedia actuais, onde os requisitos de hardware son fundamentais para acadar resultados de vangarda.
características
- Desde portas que operan en qubits, podes aprender a deseñar circuítos cuánticos. Aprende o que é un momento e como varias tácticas de inserción poden axudarche a construír o teu circuíto ideal. Aprende a cortar e cortar circuítos para crear circuítos novos e mellorados.
- As restricións tecnolóxicas teñen unha influencia significativa sobre se se pode ou non implementar un circuíto no hardware contemporáneo. Aprende a programar o servizo de computación cuántica de Google e a crear dispositivos para resolver estas limitacións.
- Tanto as funcións de onda como as matrices de densidade teñen simuladores incorporados en Cirq. Pódense usar simulacións de Monte Carlo ou de matriz de densidade completa para abordar as canles cuánticas ruidosas.
- Para realizar probas nos procesadores cuánticos de Google, Cirq colabora con Quantum Computing Service.
2. Proxecto Q
ETH Zurich creou ProjectQ, unha arquitectura de software de computación cuántica de código aberto. Ofrece un sólido e sinxelo sintaxe para que os usuarios creen aplicacións cuánticas en Python. ProjectQ pode converter estes scripts en calquera forma de back-end, xa sexa un simulador de ordenador clásico ou un procesador cuántico.
ProjectQ pode converter estas aplicacións en calquera tipo de back-end, como un simulador informático clásico ou un procesador cuántico, como a plataforma IBM Quantum Experience.
características
- TI é de alto nivel linguaxe de programación para programas cuánticos.
- Ten un compilador modular e adaptable.
- Tamén ofrece unha serie de backends de hardware e software.
- Unha biblioteca de computadores cuánticos (FermiLib) para resolver problemas fermiónicos
- O chip IBM Quantum Experience, os dispositivos AQT, AWS Braket e os dispositivos provistos de servizos IonQ pódense usar para executar algoritmos cuánticos.
- Nun nivel superior de abstracción, pódense emular programas cuánticos (por exemplo, imitando a acción de grandes oráculos en lugar de compilalos en portas de baixo nivel)
- Nos ordenadores clásicos pódense simular programas cuánticos.
3. Tensoflow Quantum
O framework de Python TensorFlow Quantum (TFQ) é para cuántico aprendizaxe de máquina. TFQ é un marco de aplicacións de TensorFlow que permite aos investigadores de algoritmos cuánticos e de aprendizaxe automática utilizar os marcos de computación cuántica de Google directamente desde TensorFlow.
TensorFlow Quantum é un programa que se centra nos datos cuánticos e na creación de modelos híbridos cuánticos clásicos. Combina técnicas e lóxica de computación cuántica deseñadas por Cirq coas API de TensorFlow, así como simuladores de circuítos cuánticos de alto rendemento.
O marco TFQ pódese usar para executar modelos tradicionais e híbridos, como Quantum CNN (QCNN). Como resultado, TFQ pode usarse para calquera problema que antes era imposible de responder usando enfoques tradicionais. Para responder a certos problemas do mundo real, comeza con TFQ para crear modelos híbridos cuánticos ou clásicos.
características
- Os investigadores poden usar TFQ para crear tensores utilizando conxuntos de datos cuánticos, modelos cuánticos e parámetros de control convencionais nunha única rede computacional.
- Os tensores úsanse para almacenar datos cuánticos (unha matriz multidimensional de números). Cada tensor de datos cuánticos descríbese como un circuíto cuántico Cirq que crea datos cuánticos sobre a marcha.
- O investigador pode usar Cirq para prototipar un quantum rede neural que se incluirá nun gráfico de cálculo de TensorFlow máis tarde.
- A capacidade de adestrar e executar simultáneamente numerosos circuítos cuánticos é unha característica importante de TensorFlow Quantum.
4. Percibir
Perceval é un marco de código aberto para programar ordenadores cuánticos fotónicos desenvolvido por Perceval, unha empresa francesa que se centra na construción dunha nova xeración de ordenadores cuánticos baseados na manipulación da luz.
Perceval ofrece ferramentas para compoñer circuítos a partir de compoñentes ópticos lineais, definir fontes dun só fotón, manipular estados de Fock, executar simulacións cuánticas, reproducir artigos experimentais publicados e experimentar cunha nova xeración de algoritmos cuánticos mediante unha sinxela API de Python orientada a obxectos.
O seu obxectivo é ser unha ferramenta complementaria para construír circuítos fotónicos cuánticos, para simular e perfeccionar o seu deseño, modelar o comportamento ideal e real e ofrecer unha interface estandarizada para controlalos mediante a noción de backends.
Está optimizado para funcionar nun escritorio local, con moitas melloras para os clústeres HPC, e ofrece acceso a backends sofisticados para a simulación numérica e simbólica de algoritmos cuánticos en circuítos fotónicos.
Tamén pode utilizar un gran número de compoñentes prefabricados para crear algoritmos e circuítos ópticos lineais complicados. É accesible unha biblioteca de algoritmos coñecidos, así como leccións sobre como usalos.
Tamén pode usar algunhas liñas de código para executar experimentos para afinar algoritmos, comparar con datos experimentais e recrear publicacións publicadas.
características
- Unha arquitectura única dedicada enteiramente á óptica lineal e á computación cuántica fotónica
- O proxecto é un proxecto de código aberto cunha arquitectura modular que acolle as contribucións da comunidade.
- Usando unha enorme biblioteca de compoñentes prefabricados, crea algoritmos e circuítos ópticos lineais complicados. É accesible unha biblioteca de algoritmos coñecidos, así como leccións sobre como usalos.
- Experimenta con algoritmos para axustalos, comparalos con datos experimentais e copia as publicacións existentes nunhas poucas liñas de código.
- Para emular algoritmos cuánticos en circuítos fotónicos, use backends sofisticados. Perceval está deseñado para executarse nun escritorio local en termos de rendemento numérico e simbólico, con moitas melloras para os clústeres HPC.
5. Qiskit
Sabemos que se falamos de tecnoloxía de próxima xeración, IBM terá algo que ofrecer. Certamente o fai. QisKit é unha plataforma de código aberto para o desenvolvemento de software cuántico.
Qiskit é un marco de software financiado por IBM que facilita que os usuarios poidan aprender computación cuántica. Debido a que os ordenadores cuánticos son difíciles de conseguir, pode usar un provedor de nube como o kit de ferramentas Qiskit de IBM para acceder a un.
É completamente gratuíto e todo o código é de código aberto. Hai un libro de texto en liña que che ensina todos os fundamentos da física cuántica, que é moi útil para os principiantes que non están familiarizados coa materia.
Os ordenadores cuánticos pódense utilizar a nivel de pulsos, circuítos e módulos de aplicación.
características
- Os usuarios de varios niveis poden usar Qiskit para investigación e desenvolvemento de aplicacións porque inclúe unha colección completa de portas cuánticas e unha gama de circuítos preconstruídos.
- Podes usar Qiskit Runtime para coordinar aplicacións cuánticas en CPUs, QPU e GPU baseadas na nube, así como executar e programar actividades en procesadores cuánticos reais.
- O transpiler converte o código Qiskit nun circuíto eficiente que utiliza o conxunto de portas nativo do backend, o que permite aos usuarios deseñar para calquera procesador ou arquitectura cuántica con entradas mínimas.
Conclusión
En resumo, as computadoras cuánticas poden penetrar rapidamente as técnicas de cifrado actuais nun curto espazo de tempo, mentres que o maior supercomputador accesible agora leva anos.
A pesar do feito de que as computadoras cuánticas serán capaces de romper moitos dos esquemas de cifrado actuais, espérase que desenvolvan alternativas a proba de pirateo. As computadoras cuánticas son fantásticas para abordar problemas de optimización.
Deixe unha resposta