क्वांटम कंप्यूटिंग एक नई तकनीक है जो पारंपरिक कंप्यूटरों की क्षमताओं से परे मुद्दों को हल करने के लिए क्वांटम भौतिकी का उपयोग करती है।
कई कंपनियां अब वास्तविक क्वांटम हार्डवेयर को हजारों डेवलपर्स के लिए उपलब्ध कराने का प्रयास कर रही हैं, एक ऐसा उपकरण जिसका वैज्ञानिकों ने केवल तीन दशक पहले सपना देखा था।
नतीजतन, हमारे इंजीनियर अक्सर तेजी से शक्तिशाली सुपरकंडक्टिंग क्वांटम कंप्यूटरों को तैनात कर रहे हैं, जो हमें दुनिया को बदलने के लिए आवश्यक क्वांटम कंप्यूटिंग गति और क्षमता के करीब लाते हैं।
इस पोस्ट में, हम इस पर करीब से नज़र डालेंगे क्वांटम कम्प्यूटिंग और इसके साथ चलने वाले उपकरण और ढांचे, साथ ही 2022 में वे कहां होंगे।
क्वांटम कंप्यूटिंग क्या है?
ये सुपरकंप्यूटर सुपरपोजिशन और उलझाव के सिद्धांतों पर बने हैं, जो क्वांटम भौतिकी के दो पहलू हैं। क्वांटम कंप्यूटर अब बहुत कम ऊर्जा का उपयोग करते हुए पारंपरिक कंप्यूटरों की तुलना में तेजी से परिमाण के क्रम में कार्य कर सकते हैं।
1980 के दशक में, क्वांटम कंप्यूटिंग के क्षेत्र का उदय हुआ। तब यह पता चला कि कुछ कंप्यूटर कार्यों को हल करने में क्वांटम एल्गोरिदम उनके पारंपरिक समकक्षों की तुलना में अधिक कुशल थे।
क्वांटम कंप्यूटिंग कंप्यूटर विज्ञान का एक अनुशासन है जो क्वांटम सिद्धांत अवधारणाओं के आधार पर कंप्यूटर प्रौद्योगिकी की उन्नति पर केंद्रित है। यह उप-परमाणु कणों की एक साथ कई राज्यों में मौजूद रहने की असाधारण क्षमता का उपयोग करता है, जैसे कि 0 और 1. वे सामान्य कंप्यूटरों की तुलना में काफी अधिक डेटा संसाधित करने में सक्षम हैं।
किसी वस्तु की क्वांटम अवस्था का उपयोग क्वांटम कंप्यूटिंग संचालन में एक qubit बनाने के लिए किया जाता है। क्यूबिट्स क्वांटम कंप्यूटिंग की मूलभूत डेटा इकाइयाँ हैं। क्वांटम कंप्यूटिंग में, वे वही काम करते हैं जो बिट्स सामान्य कंप्यूटिंग में करते हैं, लेकिन वे काफी अलग व्यवहार करते हैं।
पारंपरिक बिट्स द्विआधारी हैं और केवल 0 या 1 की स्थिति बनाए रख सकते हैं, जबकि क्वैबिट में सभी संभावित राज्यों का एक सुपरपोजिशन शामिल हो सकता है।
क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए सर्वश्रेष्ठ फ्रेमवर्क
1. सर्क
Cirq को Google की Quantum AI टीम ने बनाया था। इसका उपयोग क्वांटम सर्किट को डिजाइन और बेहतर बनाने के लिए किया जाता है, जिन्हें बाद में क्वांटम कंप्यूटर और सिमुलेटर पर परीक्षण किया जाता है। Cirq शानदार है क्योंकि यह विकास सिमुलेटर प्रदान करता है जो वास्तविक जीवन में देखे गए लोगों के समान हैं।
इसका तात्पर्य यह है कि पुस्तकालय एनआईएसक्यू (शोर इंटरमीडिएट-स्केल क्वांटम) के आसपास के हार्डवेयर विवरण के माध्यम से अपना काम करता है ताकि हम सुनिश्चित हो सकें कि एल्गोरिदम या सर्किट समाप्त होने के बाद वास्तविक क्वांटम कंप्यूटर पर चलाया जा सकता है।
नतीजतन, अनुकूली और परिनियोजन योग्य क्वांटम सर्किट बनाने के लिए इसका दोहन करने की क्षमता है। इसमें इंटरऑपरेबिलिटी फीचर्स भी हैं। उदाहरण के लिए, एक सॉफ्टवेयर जो क्वांटम सर्किट और सिमुलेशन का आयात और निर्यात करता है।
क्वांटम कंप्यूटर प्रोग्रामिंग के लिए एक ढांचा जो ओपन-सोर्स हैं। सर्क एक है अजगर सॉफ्टवेयर पैकेज जो आपको क्वांटम कंप्यूटर और सिमुलेटर पर निष्पादित करने से पहले क्वांटम सर्किट बनाने, हेरफेर करने और अनुकूलित करने की अनुमति देता है।
Cirq आज के शोर वाले मध्यवर्ती-स्तरीय क्वांटम कंप्यूटरों से निपटने के लिए एक कुशल अमूर्तता है, जहाँ अत्याधुनिक परिणाम प्राप्त करने के लिए हार्डवेयर की आवश्यकताएँ महत्वपूर्ण हैं।
विशेषताएं
- क्वैबिट्स पर काम करने वाले गेट्स से आप क्वांटम सर्किट डिजाइन करना सीख सकते हैं। जानें कि मोमेंट क्या है और विभिन्न इंसर्शन ट्रिक्स आपके आदर्श सर्किट के निर्माण में आपकी सहायता कैसे कर सकते हैं। नए और बेहतर सर्किट बनाने के लिए सर्किट को स्लाइस और डाइस करना सीखें।
- समकालीन हार्डवेयर पर सर्किट लागू किया जा सकता है या नहीं, इस पर प्रौद्योगिकी प्रतिबंधों का महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। जानें कि Google की क्वांटम कंप्यूटिंग सेवा कैसे प्रोग्राम करें और इन सीमाओं को दूर करने के लिए डिवाइस कैसे बनाएं।
- वेव फंक्शन और डेंसिटी मैट्रिसेस दोनों में सर्क में बिल्ट-इन सिमुलेटर हैं। मोंटे कार्लो या पूर्ण घनत्व मैट्रिक्स सिमुलेशन का उपयोग शोर क्वांटम चैनलों से निपटने के लिए किया जा सकता है।
- Google के क्वांटम प्रोसेसर पर परीक्षण निष्पादित करने के लिए, Cirq क्वांटम कंप्यूटिंग सेवा के साथ सहयोग करता है।
2. प्रोजेक्टक्यू
ETH ज्यूरिख ने ProjectQ बनाया, जो एक ओपन-सोर्स क्वांटम कंप्यूटिंग सॉफ्टवेयर आर्किटेक्चर है। यह एक मजबूत और सीधा प्रदान करता है वाक्यविन्यास उपयोगकर्ताओं के लिए पायथन में क्वांटम एप्लिकेशन बनाने के लिए। ProjectQ फिर इन लिपियों को बैक-एंड के किसी भी रूप में परिवर्तित कर सकता है, चाहे वह शास्त्रीय कंप्यूटर सिम्युलेटर हो या क्वांटम प्रोसेसर।
तब ProjectQ इन अनुप्रयोगों को किसी भी प्रकार के बैक-एंड में परिवर्तित कर सकता है, जैसे कि एक शास्त्रीय कंप्यूटर सिम्युलेटर या क्वांटम प्रोसेसर, जैसे कि IBM क्वांटम एक्सपीरियंस प्लेटफॉर्म।
विशेषताएं
- आईटी एक उच्च स्तरीय प्रोग्रामिंग भाषा क्वांटम कार्यक्रमों के लिए।
- इसमें एक मॉड्यूलर और अनुकूलनीय कंपाइलर है।
- यह कई हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर बैकएंड भी प्रदान करता है।
- फर्मोनिक मुद्दों को हल करने के लिए एक क्वांटम कंप्यूटर लाइब्रेरी (FermiLib)
- IBM क्वांटम एक्सपीरियंस चिप, AQT डिवाइस, AWS Braket, और IonQ सेवा-प्रदत्त डिवाइस सभी का उपयोग क्वांटम एल्गोरिदम को चलाने के लिए किया जा सकता है।
- अमूर्तता के उच्च स्तर पर, क्वांटम कार्यक्रमों का अनुकरण किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, बड़े दैवज्ञों की क्रिया को निम्न-स्तरीय द्वारों पर संकलित करने के बजाय नकल करना)
- शास्त्रीय कंप्यूटरों पर, क्वांटम कार्यक्रमों का अनुकरण किया जा सकता है।
3. टेंसोफ़्लो क्वांटम
पायथन फ्रेमवर्क TensorFlow क्वांटम (TFQ) क्वांटम के लिए है यंत्र अधिगम. TFQ एक TensorFlow एप्लिकेशन फ्रेमवर्क है जो क्वांटम एल्गोरिदम और मशीन लर्निंग शोधकर्ताओं को सीधे TensorFlow से Google के क्वांटम कंप्यूटिंग फ्रेमवर्क का उपयोग करने की अनुमति देता है।
TensorFlow क्वांटम एक प्रोग्राम है जो क्वांटम डेटा और क्वांटम-शास्त्रीय हाइब्रिड मॉडल के निर्माण पर केंद्रित है। यह सर्क-डिज़ाइन की गई क्वांटम कंप्यूटिंग तकनीकों और TensorFlow APIs के साथ तर्क के साथ-साथ उच्च-प्रदर्शन क्वांटम सर्किट सिमुलेटर को जोड़ती है।
TFQ ढांचे का उपयोग क्वांटम सीएनएन (क्यूसीएनएन) जैसे पारंपरिक और हाइब्रिड मॉडल दोनों को चलाने के लिए किया जा सकता है। परिणामस्वरूप, TFQ का उपयोग किसी भी ऐसी समस्या के लिए किया जा सकता है जिसका उत्तर पारंपरिक तरीकों का उपयोग करके देना पहले असंभव था। कुछ वास्तविक दुनिया की समस्याओं का उत्तर देने के लिए, क्वांटम या क्वांटम-शास्त्रीय हाइब्रिड मॉडल बनाने के लिए TFQ से शुरुआत करें।
विशेषताएं
- शोधकर्ता एकल कम्प्यूटेशनल नेटवर्क में क्वांटम डेटासेट, क्वांटम मॉडल और पारंपरिक नियंत्रण मापदंडों का उपयोग करके टेंसर बनाने के लिए TFQ का उपयोग कर सकते हैं।
- क्वांटम डेटा (संख्याओं की एक बहु-आयामी सरणी) को संग्रहीत करने के लिए टेंसर का उपयोग किया जाता है। क्वांटम डेटा के प्रत्येक टेंसर को सर्क क्वांटम सर्किट के रूप में वर्णित किया जाता है जो फ्लाई पर क्वांटम डेटा बनाता है।
- शोधकर्ता सर्क का उपयोग क्वांटम को प्रोटोटाइप करने के लिए कर सकता है तंत्रिका नेटवर्क जिसे बाद में TensorFlow कंप्यूट ग्राफ में शामिल किया जाएगा।
- कई क्वांटम सर्किटों को एक साथ प्रशिक्षित और निष्पादित करने की क्षमता TensorFlow क्वांटम की एक प्रमुख विशेषता है।
4. पर्सेवेल
Perceval प्रकाश हेरफेर के आधार पर क्वांटम कंप्यूटर की एक नई पीढ़ी के निर्माण पर ध्यान केंद्रित करने वाले एक फ्रांसीसी व्यवसाय Perceval द्वारा विकसित फोटोनिक क्वांटम कंप्यूटर प्रोग्रामिंग के लिए एक खुला स्रोत ढांचा है।
Perceval रैखिक ऑप्टिकल घटकों से सर्किट की रचना करने, एकल-फोटॉन स्रोतों को परिभाषित करने, Fock राज्यों में हेरफेर करने, क्वांटम सिमुलेशन चलाने, प्रकाशित प्रयोगात्मक पत्रों को पुन: प्रस्तुत करने और एक साधारण ऑब्जेक्ट-ओरिएंटेड पायथन एपीआई के माध्यम से क्वांटम एल्गोरिदम की एक नई पीढ़ी के साथ प्रयोग करने के लिए उपकरण प्रदान करता है।
इसका लक्ष्य क्वांटम फोटोनिक सर्किट के निर्माण के लिए एक साथी उपकरण बनना है - उनके डिजाइन को अनुकरण और परिष्कृत करने के लिए, आदर्श और वास्तविक व्यवहार दोनों को मॉडलिंग करना, और बैकएंड की धारणा के माध्यम से उन्हें नियंत्रित करने के लिए एक मानकीकृत इंटरफ़ेस की पेशकश करना।
इसे स्थानीय डेस्कटॉप पर संचालित करने के लिए अनुकूलित किया गया है, एचपीसी समूहों के लिए कई संवर्द्धन के साथ, और फोटोनिक सर्किट पर क्वांटम एल्गोरिदम के संख्यात्मक और प्रतीकात्मक अनुकरण के लिए परिष्कृत बैकएंड तक पहुंच प्रदान करता है।
आप एल्गोरिदम और जटिल रैखिक प्रकाशिकी सर्किट बनाने के लिए पूर्वनिर्मित घटकों की एक विस्तृत संख्या का भी उपयोग कर सकते हैं। जाने-माने एल्गोरिथम का एक पुस्तकालय सुलभ है, साथ ही उनका उपयोग करने के तरीके पर पाठ भी उपलब्ध है।
आप एल्गोरिदम को फ़ाइन-ट्यून करने के लिए प्रयोगों को निष्पादित करने, प्रयोगात्मक डेटा के साथ तुलना करने और प्रकाशित प्रकाशनों को फिर से बनाने के लिए कोड की कुछ पंक्तियों का भी उपयोग कर सकते हैं।
विशेषताएं
- पूरी तरह से रैखिक प्रकाशिकी और फोटोनिक क्वांटम कंप्यूटिंग की ओर समर्पित एक अद्वितीय वास्तुकला
- यह परियोजना मॉड्यूलर आर्किटेक्चर के साथ एक ओपन-सोर्स प्रोजेक्ट है जो सामुदायिक योगदान का स्वागत करता है।
- पूर्वनिर्मित घटकों के एक विशाल पुस्तकालय का उपयोग करके, एल्गोरिदम और जटिल रैखिक प्रकाशिकी सर्किट बनाएं। जाने-माने एल्गोरिथम का एक पुस्तकालय सुलभ है, साथ ही उनका उपयोग करने के तरीके पर पाठ भी उपलब्ध है।
- एल्गोरिदम के साथ प्रयोग करके उन्हें बेहतर बनाएं, उनकी तुलना प्रयोगात्मक डेटा से करें, और मौजूदा प्रकाशनों को कोड की कुछ पंक्तियों में कॉपी करें।
- फोटोनिक सर्किट पर क्वांटम एल्गोरिदम का अनुकरण करने के लिए, परिष्कृत बैकएंड का उपयोग करें। Perceval को HPC क्लस्टर के लिए कई संवर्द्धन के साथ, संख्यात्मक और प्रतीकात्मक प्रदर्शन दोनों के संदर्भ में स्थानीय डेस्कटॉप पर चलाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
5. किस्किट
हम जानते हैं कि अगर हम अगली पीढ़ी की तकनीक के बारे में बात कर रहे हैं, तो आईबीएम के पास पेश करने के लिए कुछ होगा। यह निश्चित रूप से करता है। किसकिट क्वांटम सॉफ्टवेयर विकसित करने के लिए एक खुला स्रोत मंच है।
Qiskit एक IBM-वित्त पोषित सॉफ्टवेयर ढांचा है जो उपयोगकर्ताओं के लिए इसके बारे में सीखना आसान बनाता है क्वांटम कम्प्यूटिंग. क्योंकि क्वांटम कंप्यूटरों का आना मुश्किल है, आप आईबीएम के किस्किट टूलकिट जैसे क्लाउड प्रदाता का उपयोग किसी एक तक पहुंच प्राप्त करने के लिए कर सकते हैं।
यह उपयोग करने के लिए पूरी तरह से स्वतंत्र है, और सभी कोड है खुला स्रोत. एक ऑनलाइन पाठ्यपुस्तक है जो आपको क्वांटम भौतिकी के सभी बुनियादी सिद्धांत सिखाती है, जो उन शुरुआती लोगों के लिए बहुत उपयोगी है जो इस विषय से अपरिचित हैं।
क्वांटम कंप्यूटर का उपयोग पल्स, सर्किट और एप्लिकेशन मॉड्यूल के स्तर पर किया जा सकता है।
विशेषताएं
- विभिन्न स्तरों के उपयोगकर्ता Qiskit का उपयोग अनुसंधान और अनुप्रयोग विकास के लिए कर सकते हैं क्योंकि यह क्वांटम गेट्स के पूर्ण संग्रह और पूर्व-निर्मित सर्किट की एक श्रृंखला के साथ आता है।
- आप Qiskit Runtime का उपयोग क्लाउड-आधारित CPU, QPU और GPU पर क्वांटम अनुप्रयोगों के समन्वय के साथ-साथ वास्तविक क्वांटम प्रोसेसर पर गतिविधियों को चलाने और शेड्यूल करने के लिए कर सकते हैं।
- ट्रांसपिलर किस्किट कोड को बैकएंड के मूल गेट सेट का उपयोग करके एक कुशल सर्किट में परिवर्तित करता है, जिससे उपयोगकर्ता न्यूनतम इनपुट के साथ किसी भी क्वांटम प्रोसेसर या आर्किटेक्चर के लिए डिज़ाइन कर सकते हैं।
निष्कर्ष
संक्षेप में, क्वांटम कंप्यूटर कम समय में आज की एन्क्रिप्शन तकनीकों में तेजी से प्रवेश कर सकते हैं, जबकि सबसे बड़े सुपर कंप्यूटर तक पहुंचने में अब वर्षों लगते हैं।
इस तथ्य के बावजूद कि क्वांटम कंप्यूटर आज की कई एन्क्रिप्शन योजनाओं को क्रैक करने में सक्षम होंगे, यह उम्मीद की जाती है कि वे हैक-प्रूफ विकल्प विकसित करेंगे। अनुकूलन मुद्दों से निपटने में क्वांटम कंप्यूटर शानदार हैं।
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