Pregled sadržaja[Sakriti][Pokazati]
Kvantno računalstvo je nova tehnologija koja koristi kvantnu fiziku za rješavanje problema koji su izvan mogućnosti tradicionalnih računala.
Mnoge tvrtke sada pokušavaju učiniti stvarni kvantni hardver dostupnim desecima tisuća programera, alat o kojem su znanstvenici samo sanjali prije tri desetljeća.
Kao rezultat toga, naši inženjeri često primjenjuju sve snažnija supravodljiva kvantna računala, približavajući nas brzini i kapacitetu kvantnog računanja potrebnim za promjenu svijeta.
U ovom ćemo postu pobliže pogledati kvantno računanje te alate i okvire koji idu uz to, kao i gdje će biti 2022.
Što je kvantno računalstvo?
Ova su superračunala izgrađena na principima superpozicije i isprepletenosti, što su dva aspekta kvantne fizike. Kvantna računala sada mogu obavljati zadatke brzinom koja je za redove veličine brža od tradicionalnih računala, a pritom troše daleko manje energije.
Osamdesetih godina prošlog stoljeća nastalo je područje kvantnog računanja. Tada se pokazalo da su kvantni algoritmi učinkovitiji od svojih konvencionalnih ekvivalenata u rješavanju određenih računalnih zadataka.
Kvantno računalstvo je disciplina računalne znanosti koja se usredotočuje na napredak računalne tehnologije temeljene na konceptima kvantne teorije. Koristi izvanrednu sposobnost subatomskih čestica da postoje u nekoliko stanja odjednom, kao što su 0 i 1. Sposobni su obraditi znatno više podataka od običnih računala.
Kvantno stanje stavke koristi se za stvaranje kubita u kvantnim računalnim operacijama. Kubiti su temeljne jedinice podataka kvantnog računanja. U kvantnom računalstvu služe istom poslu kao i bitovi u običnom računarstvu, ali se ponašaju sasvim drugačije.
Tradicionalni bitovi su binarni i mogu zadržati samo poziciju 0 ili 1, dok kubiti mogu uključivati superpoziciju svih mogućih stanja.
Najbolji okviri za kvantno računalstvo
1. Circq
Cirq je napravio Googleov Quantum AI tim. Koristi se za dizajn i poboljšanje kvantnih sklopova koji se zatim testiraju na kvantnim računalima i simulatorima. Cirq je fantastičan jer nudi razvojne simulatore koji su prilično slični onima u stvarnom životu.
To implicira da se knjižnica probija kroz hardverske detalje oko NISQ-a (Noisy Intermediate-Scale Quantum) tako da možemo biti sigurni da se algoritam ili sklop može pokrenuti na pravom kvantnom računalu nakon što se završi.
Kao rezultat toga, ima potencijal da se iskoristi za stvaranje prilagodljivih i kvantnih sklopova koji se mogu primijeniti. Također ima značajke interoperabilnosti. Softver koji uvozi i izvozi kvantne sklopove i simulacije, na primjer.
Okvir za programiranje kvantnih računala otvorenog koda. Cirq je a Piton softverski paket koji vam omogućuje stvaranje, manipuliranje i optimizaciju kvantnih sklopova prije nego što ih izvršite na kvantnim računalima i simulatorima.
Cirq je učinkovita apstrakcija za suočavanje s današnjim bučnim kvantnim računalima srednje veličine, gdje su hardverski zahtjevi kritični za postizanje vrhunskih rezultata.
Značajke
- Od vrata koja rade na kubitima, možete naučiti kako dizajnirati kvantne krugove. Saznajte što je Moment i kako vam razne taktike umetanja mogu pomoći u izgradnji vašeg idealnog kruga. Naučite kako izrezati i kockice sklopove kako biste stvorili nove i poboljšane sklopove.
- Tehnološka ograničenja imaju značajan utjecaj na to može li se sklop implementirati na suvremeni hardver ili ne. Naučite kako programirati Googleovu uslugu kvantnog računanja i kako stvoriti uređaje za rješavanje ovih ograničenja.
- I valne funkcije i matrice gustoće imaju ugrađene simulatore u Cirq. Monte Carlo ili simulacije matrice pune gustoće mogu se koristiti za rješavanje šumnih kvantnih kanala.
- Kako bi izvršio testove na Googleovim kvantnim procesorima, Cirq surađuje s Quantum Computing Service.
2. ProjektQ
ETH Zurich stvorio je ProjectQ, softversku arhitekturu kvantnog računalstva otvorenog koda. Pruža robusnu i jednostavnu sintaksa za korisnike da stvaraju kvantne aplikacije u Pythonu. ProjectQ zatim može pretvoriti te skripte u bilo koji oblik back-end-a, bilo da je to klasični računalni simulator ili kvantni procesor.
ProjectQ zatim može pretvoriti ove aplikacije u bilo koju vrstu back-enda, kao što je klasični simulator računala ili kvantni procesor, kao što je IBM Quantum Experience platforma.
Značajke
- IT je na visokoj razini programski jezik za kvantne programe.
- Ima modularni i prilagodljiv kompajler.
- Također nudi brojne hardverske i softverske pozadine.
- Kvantna računalna knjižnica (FermiLib) za rješavanje fermionskih problema
- IBM Quantum Experience čip, AQT uređaji, AWS Braket i IonQ uređaji koji pružaju usluge mogu se koristiti za pokretanje kvantnih algoritama.
- Na višoj razini apstrakcije, kvantni programi se mogu emulirati (npr. oponašati djelovanje velikih proročišta umjesto da ih kompajliraju na vrata niske razine)
- Na klasičnim računalima mogu se simulirati kvantni programi.
3. Tensoflow Quantum
Pythonov okvir TensorFlow Quantum (TFQ) je za kvant stroj za učenje. TFQ je aplikacijski okvir TensorFlow koji istraživačima kvantnog algoritma i strojnog učenja omogućuje korištenje Googleovih kvantnih računalnih okvira izravno iz TensorFlowa.
TensorFlow Quantum je program koji se fokusira na kvantne podatke i stvaranje kvantno-klasičnih hibridnih modela. Kombinira tehnike kvantnog računanja i logiku koje je dizajnirao Cirq s TensorFlow API-jima, kao i simulatore kvantnih sklopova visokih performansi.
TFQ okvir može se koristiti za pokretanje tradicionalnih i hibridnih modela, kao što je Quantum CNN (QCNN). Kao rezultat toga, TFQ se može koristiti za bilo koji problem na koji je prije bilo nemoguće odgovoriti tradicionalnim pristupima. Da biste odgovorili na određene probleme u stvarnom svijetu, počnite s TFQ-om za stvaranje kvantnih ili kvantno-klasičnih hibridnih modela.
Značajke
- Istraživači mogu koristiti TFQ za stvaranje tenzora pomoću kvantnih skupova podataka, kvantnih modela i konvencionalnih kontrolnih parametara u jednoj računskoj mreži.
- Tenzori se koriste za pohranjivanje kvantnih podataka (višedimenzionalni niz brojeva). Svaki tenzor kvantnih podataka opisan je kao Cirq kvantni krug koji stvara kvantne podatke u hodu.
- Istraživač može koristiti Cirq za prototip kvanta neuronska mreža koji će kasnije biti uključen u računski graf TensorFlow.
- Sposobnost istovremenog treniranja i izvršavanja brojnih kvantnih krugova glavna je značajka TensorFlow Quantum.
4. Percevel
Perceval je okvir otvorenog koda za programiranje fotonskih kvantnih računala koji je razvio Perceval, francuski posao koji se fokusira na izgradnju nove generacije kvantnih računala temeljenih na manipulaciji svjetlom.
Perceval nudi alate za sastavljanje sklopova od linearnih optičkih komponenti, definiranje izvora s jednim fotonom, manipuliranje Fockovim stanjima, izvođenje kvantnih simulacija, reproduciranje objavljenih eksperimentalnih radova i eksperimentiranje s novom generacijom kvantnih algoritama kroz jednostavan objektno orijentirani Python API.
Njegov je cilj biti prateći alat za konstruiranje kvantnih fotonskih sklopova - za simulaciju i pročišćavanje njihovog dizajna, modeliranje idealnog i stvarnog ponašanja i nudi standardizirano sučelje za upravljanje njima putem pojma backenda.
Optimiziran je za rad na lokalnoj radnoj površini, s mnogim poboljšanjima za HPC klastere, te pruža pristup sofisticiranim pozadinskim dijelovima za numeričku i simboličku simulaciju kvantnih algoritama na fotonskim krugovima.
Također možete koristiti veliki broj gotovih komponenti za stvaranje algoritama i kompliciranih linearnih optičkih sklopova. Dostupna je knjižnica poznatih algoritama, kao i lekcije o tome kako ih koristiti.
Također možete koristiti nekoliko redaka koda za izvođenje eksperimenata za fino podešavanje algoritama, usporedbu s eksperimentalnim podacima i ponovno stvaranje objavljenih publikacija.
Značajke
- Jedinstvena arhitektura posvećena u potpunosti linearnoj optici i fotonskom kvantnom računarstvu
- Projekt je projekt otvorenog koda s modularnom arhitekturom koja pozdravlja doprinos zajednice.
- Koristeći ogromnu biblioteku gotovih komponenti, kreirajte algoritme i komplicirane krugove linearne optike. Dostupna je knjižnica poznatih algoritama, kao i lekcije o tome kako ih koristiti.
- Eksperimentirajte s algoritmima kako biste ih fino podesili, usporedite ih s eksperimentalnim podacima i kopirajte postojeće publikacije u nekoliko redaka koda.
- Za oponašanje kvantnih algoritama na fotonskim krugovima koristite sofisticirane pozadine. Perceval je dizajniran za rad na lokalnoj radnoj površini u smislu numeričke i simboličke izvedbe, s mnogim poboljšanjima za HPC klastere.
5. Qiskit
Znamo da će IBM imati što ponuditi ako govorimo o tehnologiji sljedeće generacije. Svakako da. QisKit je open-source platforma za razvoj kvantnog softvera.
Qiskit je softverski okvir financiran od strane IBM-a koji korisnicima olakšava upoznavanje kvantno računanje. Budući da je teško doći do kvantnih računala, možete upotrijebiti pružatelja usluga oblaka kao što je IBM-ov Qiskit toolkit da biste dobili pristup jednom.
Potpuno je besplatan za korištenje, a sav kod je open source. Postoji online udžbenik koji vas uči svim osnovama kvantne fizike, što je vrlo korisno za početnike koji nisu upoznati s tom temom.
Kvantna računala mogu se koristiti na razini impulsa, sklopova i aplikacijskih modula.
Značajke
- Korisnici različitih razina mogu koristiti Qiskit za istraživanje i razvoj aplikacija jer dolazi s kompletnom kolekcijom kvantnih vrata i nizom unaprijed izgrađenih sklopova.
- Qiskit Runtime možete koristiti za koordinaciju kvantnih aplikacija na CPU-ovima, QPU-ovima i GPU-ovima u oblaku, kao i za pokretanje i planiranje aktivnosti na stvarnim kvantnim procesorima.
- Transpiler pretvara Qiskit kod u učinkovit krug koristeći izvorni skup vrata pozadine, omogućujući korisnicima da dizajniraju za bilo koji kvantni procesor ili arhitekturu s minimalnim ulazima.
Zaključak
Ukratko, kvantna računala mogu brzo prodrijeti u današnje tehnike šifriranja u kratkom vremenu, dok najvećem superračunalu koje je sada dostupno traju godine.
Unatoč činjenici da će kvantna računala biti sposobna razbiti mnoge današnje sheme šifriranja, očekuje se da će razviti alternative otporne na hakiranje. Kvantna računala su fantastična u rješavanju problema optimizacije.
Ostavi odgovor