ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ એ એક નવીન તકનીક છે જે પરંપરાગત કમ્પ્યુટર્સની ક્ષમતાઓથી બહારના મુદ્દાઓને ઉકેલવા માટે ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્રનો ઉપયોગ કરે છે.
ઘણી કંપનીઓ હવે હજારો વિકાસકર્તાઓ માટે વાસ્તવિક ક્વોન્ટમ હાર્ડવેર ઉપલબ્ધ કરાવવાનો પ્રયાસ કરી રહી છે, એક સાધન જેનું વૈજ્ઞાનિકોએ માત્ર ત્રણ દાયકા પહેલા જ સપનું જોયું હતું.
પરિણામે, અમારા ઇજનેરો અવારનવાર વધુને વધુ શક્તિશાળી સુપરકન્ડક્ટિંગ ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર્સ જમાવી રહ્યાં છે, જે આપણને વિશ્વને બદલવા માટે જરૂરી ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ ઝડપ અને ક્ષમતાની નજીક લાવે છે.
આ પોસ્ટમાં, અમે નજીકથી જોઈશું ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ અને ટૂલ્સ અને ફ્રેમવર્ક જે તેની સાથે જાય છે, તેમજ તે 2022 માં ક્યાં હશે.
ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ શું છે?
આ સુપરકોમ્પ્યુટર્સ સુપરપોઝિશન અને એન્ટેંગલમેન્ટના સિદ્ધાંતો પર બાંધવામાં આવ્યા છે, જે ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સના બે પાસાઓ છે. ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર્સ હવે ઓછા ઉર્જાનો ઉપયોગ કરતી વખતે પરંપરાગત કોમ્પ્યુટરો કરતા વધુ ઝડપી એવા દરે કાર્યો કરી શકે છે.
1980 ના દાયકામાં, ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગનો વિસ્તાર ઉભો થયો. પછી તે બહાર આવ્યું કે ક્વોન્ટમ અલ્ગોરિધમ્સ ચોક્કસ કમ્પ્યુટર કાર્યોને ઉકેલવામાં તેમના પરંપરાગત સમકક્ષ કરતાં વધુ કાર્યક્ષમ હતા.
ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટીંગ એ કોમ્પ્યુટર વિજ્ઞાનની એક શાખા છે જે ક્વોન્ટમ થિયરી વિભાવનાઓ પર આધારિત કોમ્પ્યુટર ટેકનોલોજીની પ્રગતિ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. તે 0 અને 1 જેવા અનેક રાજ્યોમાં એકસાથે અસ્તિત્વમાં રહેલા સબએટોમિક કણોની અસાધારણ ક્ષમતાનો ઉપયોગ કરે છે. તેઓ સામાન્ય કમ્પ્યુટર્સ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધુ ડેટા પર પ્રક્રિયા કરવામાં સક્ષમ છે.
ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ કામગીરીમાં ક્વોબિટ બનાવવા માટે આઇટમની ક્વોન્ટમ સ્થિતિનો ઉપયોગ થાય છે. Qubits એ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગના મૂળભૂત ડેટા એકમો છે. ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગમાં, તેઓ તે જ કામ કરે છે જે બિટ્સ સામાન્ય કમ્પ્યુટિંગમાં કરે છે, પરંતુ તેઓ તદ્દન અલગ રીતે વર્તે છે.
પરંપરાગત બિટ્સ દ્વિસંગી છે અને માત્ર 0 અથવા 1 ની સ્થિતિ જાળવી શકે છે, જ્યારે ક્યુબિટ્સમાં તમામ સંભવિત સ્થિતિઓની સુપરપોઝિશન શામેલ હોઈ શકે છે.
ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ માટે શ્રેષ્ઠ ફ્રેમવર્ક
1. સિર્ક
Cirq ને Google ની Quantum AI ટીમ દ્વારા બનાવવામાં આવ્યું હતું. તેનો ઉપયોગ ક્વોન્ટમ સર્કિટ્સ ડિઝાઇન અને સુધારવા માટે થાય છે જે પછી ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ અને સિમ્યુલેટર પર પરીક્ષણ કરવામાં આવે છે. Cirq અદ્ભુત છે કારણ કે તે વિકાસ સિમ્યુલેટર ઓફર કરે છે જે વાસ્તવિક જીવનમાં જોવા મળતા સમાન છે.
આ સૂચવે છે કે લાઇબ્રેરી NISQ (નોઇઝી ઇન્ટરમીડિયેટ-સ્કેલ ક્વોન્ટમ) ની આસપાસના હાર્ડવેર વિગતો દ્વારા તેની રીતે કાર્ય કરે છે જેથી અમે ખાતરી કરી શકીએ કે અલ્ગોરિધમ અથવા સર્કિટ પૂર્ણ થયા પછી વાસ્તવિક ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર પર ચલાવી શકાય છે.
પરિણામે, તે અનુકૂલનશીલ અને જમાવટ કરી શકાય તેવા ક્વોન્ટમ સર્કિટ બનાવવા માટે શોષણ કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે. તેમાં ઇન્ટરઓપરેબિલિટી ફીચર્સ પણ છે. એક સૉફ્ટવેર કે જે ક્વોન્ટમ સર્કિટ અને સિમ્યુલેશનની આયાત અને નિકાસ કરે છે, ઉદાહરણ તરીકે.
પ્રોગ્રામિંગ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ માટેનું માળખું જે ઓપન-સોર્સ છે. Cirq એ છે પાયથોન સોફ્ટવેર પેકેજ કે જે તમને ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર અને સિમ્યુલેટર પર એક્ઝિક્યુટ કરતા પહેલા ક્વોન્ટમ સર્કિટ બનાવવા, ચાલાકી અને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવાની મંજૂરી આપે છે.
Cirq એ આજના ઘોંઘાટવાળા મધ્યવર્તી-સ્કેલ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ સાથે કામ કરવા માટે એક કાર્યક્ષમ એબ્સ્ટ્રેક્શન છે, જ્યાં અત્યાધુનિક પરિણામો પ્રાપ્ત કરવા માટે હાર્ડવેર આવશ્યકતાઓ મહત્વપૂર્ણ છે.
વિશેષતા
- ક્યુબિટ્સ પર કાર્યરત ગેટમાંથી, તમે ક્વોન્ટમ સર્કિટ કેવી રીતે ડિઝાઇન કરવી તે શીખી શકો છો. એક ક્ષણ શું છે અને તમારી આદર્શ સર્કિટ બનાવવા માટે વિવિધ નિવેશ યુક્તિઓ તમને કેવી રીતે મદદ કરી શકે છે તે જાણો. નવા અને સુધારેલા સર્કિટ બનાવવા માટે સર્કિટને કેવી રીતે સ્લાઇસ અને ડાઇસ કરવી તે શીખો.
- ટેક્નોલોજી પ્રતિબંધો સમકાલીન હાર્ડવેર પર સર્કિટ લાગુ કરી શકાય કે નહીં તેના પર નોંધપાત્ર પ્રભાવ ધરાવે છે. Google ની ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ સેવાને કેવી રીતે પ્રોગ્રામ કરવી અને આ મર્યાદાઓને દૂર કરવા માટે ઉપકરણો કેવી રીતે બનાવવું તે જાણો.
- બંને વેવ ફંક્શન્સ અને ડેન્સિટી મેટ્રિસેસ Cirq માં બિલ્ટ-ઇન સિમ્યુલેટર ધરાવે છે. મોન્ટે કાર્લો અથવા સંપૂર્ણ ઘનતા મેટ્રિક્સ સિમ્યુલેશનનો ઉપયોગ ઘોંઘાટીયા ક્વોન્ટમ ચેનલોને હલ કરવા માટે થઈ શકે છે.
- Google ના ક્વોન્ટમ પ્રોસેસર્સ પર પરીક્ષણો ચલાવવા માટે, Cirq ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ સેવા સાથે સહયોગ કરે છે.
2. પ્રોજેક્ટક્યુ
ETH ઝુરિચે ProjectQ બનાવ્યું, જે એક ઓપન-સોર્સ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ સોફ્ટવેર આર્કિટેક્ચર છે. તે એક મજબૂત અને સીધી પૂરી પાડે છે વાક્યરચના Python માં ક્વોન્ટમ એપ્લિકેશન બનાવવા માટે વપરાશકર્તાઓ માટે. પ્રોજેક્ટક્યુ પછી આ સ્ક્રિપ્ટોને બેક-એન્ડના કોઈપણ સ્વરૂપમાં કન્વર્ટ કરી શકે છે, પછી ભલે તે ક્લાસિકલ કમ્પ્યુટર સિમ્યુલેટર હોય કે ક્વોન્ટમ પ્રોસેસર.
પ્રોજેક્ટક્યુ પછી આ એપ્લિકેશન્સને કોઈપણ પ્રકારના બેક-એન્ડમાં રૂપાંતરિત કરી શકે છે, જેમ કે ક્લાસિકલ કમ્પ્યુટર સિમ્યુલેટર અથવા ક્વોન્ટમ પ્રોસેસર, જેમ કે IBM ક્વોન્ટમ એક્સપિરિયન્સ પ્લેટફોર્મ.
વિશેષતા
- IT એક ઉચ્ચ સ્તરીય છે પ્રોગ્રામિંગ ભાષા ક્વોન્ટમ પ્રોગ્રામ્સ માટે.
- તેમાં મોડ્યુલર અને અનુકૂલનક્ષમ કમ્પાઈલર છે.
- તે સંખ્યાબંધ હાર્ડવેર અને સોફ્ટવેર બેકએન્ડ પણ આપે છે.
- ફર્મિઓનિક મુદ્દાઓને ઉકેલવા માટે ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર લાઇબ્રેરી (ફર્મિલિબ).
- IBM ક્વોન્ટમ એક્સપિરિયન્સ ચિપ, AQT ઉપકરણો, AWS બ્રેકેટ, અને IonQ સેવા પ્રદાન કરેલ ઉપકરણોનો ઉપયોગ ક્વોન્ટમ અલ્ગોરિધમ્સ ચલાવવા માટે થઈ શકે છે.
- અમૂર્તતાના ઉચ્ચ સ્તરે, ક્વોન્ટમ પ્રોગ્રામ્સનું અનુકરણ કરી શકાય છે (દા.ત., મોટા ઓરેકલ્સની ક્રિયાને નીચા-સ્તરના દરવાજાઓ પર સંકલિત કરવાને બદલે તેની નકલ કરવી)
- ક્લાસિકલ કમ્પ્યુટર્સ પર, ક્વોન્ટમ પ્રોગ્રામ્સનું અનુકરણ કરી શકાય છે.
3. ટેન્સોફ્લો ક્વોન્ટમ
પાયથોન ફ્રેમવર્ક ટેન્સરફ્લો ક્વોન્ટમ (TFQ) ક્વોન્ટમ માટે છે મશીન શિક્ષણ. TFQ એ ટેન્સરફ્લો એપ્લિકેશન ફ્રેમવર્ક છે જે ક્વોન્ટમ અલ્ગોરિધમ અને મશીન લર્નિંગ સંશોધકોને ટેન્સરફ્લોથી સીધા જ Google ના ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ ફ્રેમવર્કનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે.
ટેન્સરફ્લો ક્વોન્ટમ એ એક પ્રોગ્રામ છે જે ક્વોન્ટમ ડેટા અને ક્વોન્ટમ-ક્લાસિકલ હાઇબ્રિડ મોડલ્સની રચના પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. તે Cirq-ડિઝાઇન કરેલ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ તકનીકો અને તર્કને ટેન્સરફ્લો API, તેમજ ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ક્વોન્ટમ સર્કિટ સિમ્યુલેટર સાથે જોડે છે.
TFQ ફ્રેમવર્કનો ઉપયોગ પરંપરાગત અને હાઇબ્રિડ મોડલ બંને ચલાવવા માટે થઈ શકે છે, જેમ કે ક્વોન્ટમ CNN (QCNN). પરિણામે, TFQ નો ઉપયોગ એવી કોઈપણ સમસ્યા માટે થઈ શકે છે કે જેનો અગાઉ પરંપરાગત અભિગમોનો ઉપયોગ કરીને જવાબ આપવાનું અશક્ય હતું. ચોક્કસ વાસ્તવિક-વિશ્વ સમસ્યાઓના જવાબ આપવા માટે, ક્વોન્ટમ અથવા ક્વોન્ટમ-ક્લાસિકલ હાઇબ્રિડ મોડલ્સ બનાવવા માટે TFQ થી પ્રારંભ કરો.
વિશેષતા
- સંશોધકો એક જ કોમ્પ્યુટેશનલ નેટવર્કમાં ક્વોન્ટમ ડેટાસેટ્સ, ક્વોન્ટમ મોડલ્સ અને પરંપરાગત નિયંત્રણ પરિમાણોનો ઉપયોગ કરીને ટેન્સર બનાવવા માટે TFQ નો ઉપયોગ કરી શકે છે.
- ટેન્સર્સનો ઉપયોગ ક્વોન્ટમ ડેટા (સંખ્યાઓની બહુ-પરિમાણીય એરે) સ્ટોર કરવા માટે થાય છે. ક્વોન્ટમ ડેટાના દરેક ટેન્સરને Cirq ક્વોન્ટમ સર્કિટ તરીકે વર્ણવવામાં આવે છે જે ફ્લાય પર ક્વોન્ટમ ડેટા બનાવે છે.
- સંશોધક ક્વોન્ટમ પ્રોટોટાઇપ કરવા માટે Cirq નો ઉપયોગ કરી શકે છે મજ્જાતંતુકીય નેટવર્ક જે પાછળથી ટેન્સરફ્લો કમ્પ્યુટ ગ્રાફમાં સામેલ કરવામાં આવશે.
- અસંખ્ય ક્વોન્ટમ સર્કિટ્સને એકસાથે તાલીમ આપવાની અને ચલાવવાની ક્ષમતા એ ટેન્સરફ્લો ક્વોન્ટમનું મુખ્ય લક્ષણ છે.
4. પરસેવેલ
પર્સેવલ એ ફોટોનિક ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ પ્રોગ્રામિંગ માટેનું ઓપન-સોર્સ માળખું છે, જે પરસેવલ દ્વારા વિકસિત કરવામાં આવ્યું છે, જે પ્રકાશની હેરફેર પર આધારિત ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સની નવી પેઢીના નિર્માણ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે.
પર્સેવલ રેખીય ઓપ્ટિકલ ઘટકોમાંથી સર્કિટ કંપોઝ કરવા, સિંગલ-ફોટન સ્ત્રોતોને વ્યાખ્યાયિત કરવા, ફોક સ્ટેટ્સ સાથે ચાલાકી કરવા, ક્વોન્ટમ સિમ્યુલેશન ચલાવવા, પ્રકાશિત પ્રાયોગિક પેપર્સનું પુનઃઉત્પાદન કરવા અને એક સરળ ઑબ્જેક્ટ-ઓરિએન્ટેડ પાયથોન API દ્વારા ક્વોન્ટમ એલ્ગોરિધમ્સની નવી પેઢી સાથે પ્રયોગ કરવા માટે સાધનો પ્રદાન કરે છે.
તેનું ધ્યેય ક્વોન્ટમ ફોટોનિક સર્કિટ બનાવવા માટે એક સાથી સાધન બનવાનું છે - તેમની ડિઝાઇનનું અનુકરણ અને શુદ્ધિકરણ, આદર્શ અને વાસ્તવિક વર્તન બંનેનું મોડેલિંગ, અને બેકએન્ડ્સની કલ્પના દ્વારા તેમને નિયંત્રિત કરવા માટે પ્રમાણિત ઇન્ટરફેસ ઓફર કરે છે.
તે HPC ક્લસ્ટરો માટે ઘણા ઉન્નત્તિકરણો સાથે, સ્થાનિક ડેસ્કટોપ પર ઑપરેટ કરવા માટે ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવ્યું છે, અને ફોટોનિક સર્કિટ પર ક્વોન્ટમ એલ્ગોરિધમ્સના સંખ્યાત્મક અને સાંકેતિક સિમ્યુલેશન માટે અત્યાધુનિક બેકએન્ડ્સની ઍક્સેસ પ્રદાન કરે છે.
તમે એલ્ગોરિધમ્સ અને જટિલ રેખીય ઓપ્ટિક્સ સર્કિટ બનાવવા માટે પ્રિફેબ્રિકેટેડ ઘટકોની વિશાળ સંખ્યાનો પણ ઉપયોગ કરી શકો છો. જાણીતા અલ્ગોરિધમ્સની લાઇબ્રેરી સુલભ છે, તેમજ તેનો ઉપયોગ કેવી રીતે કરવો તેના પાઠ.
તમે અલ્ગોરિધમ્સને ફાઇન-ટ્યુન કરવા, પ્રાયોગિક ડેટા સાથે સરખામણી કરવા અને પ્રકાશિત પ્રકાશનોને ફરીથી બનાવવા માટે પ્રયોગો ચલાવવા માટે કોડની કેટલીક લાઇનનો ઉપયોગ પણ કરી શકો છો.
વિશેષતા
- લીનિયર ઓપ્ટિક્સ અને ફોટોનિક ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ માટે સંપૂર્ણપણે સમર્પિત એક પ્રકારની આર્કિટેક્ચર
- આ પ્રોજેક્ટ મોડ્યુલર આર્કિટેક્ચર સાથેનો ઓપન-સોર્સ પ્રોજેક્ટ છે જે સમુદાયના યોગદાનને આવકારે છે.
- પ્રિફેબ્રિકેટેડ ઘટકોની વિશાળ લાઇબ્રેરીનો ઉપયોગ કરીને, અલ્ગોરિધમ્સ અને જટિલ રેખીય ઓપ્ટિક્સ સર્કિટ બનાવો. જાણીતા અલ્ગોરિધમ્સની લાઇબ્રેરી સુલભ છે, તેમજ તેનો ઉપયોગ કેવી રીતે કરવો તેના પાઠ.
- અલ્ગોરિધમ્સને ફાઇન-ટ્યુન કરવા માટે પ્રયોગ કરો, પ્રાયોગિક ડેટા સાથે તેમની તુલના કરો અને કોડની થોડી લાઇનમાં અસ્તિત્વમાંના પ્રકાશનોની નકલ કરો.
- ફોટોનિક સર્કિટ પર ક્વોન્ટમ અલ્ગોરિધમ્સનું અનુકરણ કરવા માટે, અત્યાધુનિક બેકએન્ડ્સનો ઉપયોગ કરો. Perceval એ HPC ક્લસ્ટરો માટે ઘણા ઉન્નત્તિકરણો સાથે, સંખ્યાત્મક અને સાંકેતિક પ્રદર્શન બંનેના સંદર્ભમાં સ્થાનિક ડેસ્કટોપ પર ચલાવવા માટે રચાયેલ છે.
5. કિસ્કિટ
અમે જાણીએ છીએ કે જો આપણે નેક્સ્ટ જનરેશન ટેક્નોલોજી વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ, તો IBM પાસે કંઈક ઓફર કરવા માટે હશે. તે ચોક્કસપણે કરે છે. QisKit ક્વોન્ટમ સોફ્ટવેર વિકસાવવા માટેનું ઓપન સોર્સ પ્લેટફોર્મ છે.
કિસ્કિટ એ IBM દ્વારા ભંડોળ પૂરું પાડવામાં આવેલ સોફ્ટવેર ફ્રેમવર્ક છે જે વપરાશકર્તાઓ માટે તેના વિશે શીખવાનું સરળ બનાવે છે ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ. કારણ કે ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર આવવું મુશ્કેલ છે, તમે એકની ઍક્સેસ મેળવવા માટે IBM ની Qiskit ટૂલકીટ જેવા ક્લાઉડ પ્રદાતાનો ઉપયોગ કરી શકો છો.
તે વાપરવા માટે સંપૂર્ણપણે મફત છે, અને તમામ કોડ છે ઓપન સોર્સ. એક ઓનલાઈન પાઠ્યપુસ્તક છે જે તમને ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સની તમામ મૂળભૂત બાબતો શીખવે છે, જે આ વિષયથી અજાણ હોય તેવા નવા નિશાળીયા માટે ખૂબ જ ઉપયોગી છે.
ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સનો ઉપયોગ કઠોળ, સર્કિટ અને એપ્લિકેશન મોડ્યુલના સ્તરે થઈ શકે છે.
વિશેષતા
- વિવિધ સ્તરોના વપરાશકર્તાઓ સંશોધન અને એપ્લિકેશન વિકાસ માટે કિસ્કિટનો ઉપયોગ કરી શકે છે કારણ કે તે ક્વોન્ટમ ગેટ્સના સંપૂર્ણ સંગ્રહ અને પૂર્વ-બિલ્ટ સર્કિટની શ્રેણી સાથે આવે છે.
- તમે ક્લાઉડ-આધારિત CPUs, QPUs અને GPUs પર ક્વોન્ટમ એપ્લિકેશન્સનું સંકલન કરવા તેમજ વાસ્તવિક ક્વોન્ટમ પ્રોસેસર્સ પર પ્રવૃત્તિઓ ચલાવવા અને શેડ્યૂલ કરવા માટે Qiskit રનટાઇમનો ઉપયોગ કરી શકો છો.
- ટ્રાન્સપિલર કિસ્કિટ કોડને બેકએન્ડના મૂળ ગેટ સેટનો ઉપયોગ કરીને કાર્યક્ષમ સર્કિટમાં રૂપાંતરિત કરે છે, જે વપરાશકર્તાઓને ન્યૂનતમ ઇનપુટ્સ સાથે કોઈપણ ક્વોન્ટમ પ્રોસેસર અથવા આર્કિટેક્ચર માટે ડિઝાઇન કરવાની મંજૂરી આપે છે.
ઉપસંહાર
સારાંશ માટે, ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર આજની એન્ક્રિપ્શન ટેકનીકોમાં ટૂંકા સમયમાં ઝડપથી પ્રવેશ કરી શકે છે, જ્યારે સૌથી મહાન સુપર કોમ્પ્યુટર હવે સુલભ થવામાં વર્ષો લાગે છે.
એ હકીકત હોવા છતાં કે ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ આજની ઘણી એન્ક્રિપ્શન યોજનાઓને તોડવામાં સક્ષમ હશે, એવી અપેક્ષા રાખવામાં આવે છે કે તેઓ હેક-પ્રૂફ વિકલ્પો વિકસાવશે. ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર્સ ઓપ્ટિમાઇઝેશન મુદ્દાઓને હલ કરવામાં અદભૂત છે.
એક જવાબ છોડો