Daftar Isi[Bersembunyi][Menunjukkan]
Komputasi kuantum adalah teknologi baru yang menggunakan fisika kuantum untuk mengatasi masalah yang berada di luar kemampuan komputer tradisional.
Banyak perusahaan sekarang mencoba untuk membuat perangkat keras kuantum yang sebenarnya tersedia untuk puluhan ribu pengembang, alat yang hanya diimpikan oleh para ilmuwan sekitar tiga dekade lalu.
Akibatnya, teknisi kami sering menggunakan komputer kuantum superkonduktor yang semakin kuat, membawa kami lebih dekat ke kecepatan dan kapasitas komputasi kuantum yang diperlukan untuk mengubah dunia.
Dalam posting ini, kita akan melihat lebih dekat komputasi kuantum dan alat dan kerangka kerja yang menyertainya, serta di mana mereka akan berada pada tahun 2022.
Apa itu Komputasi Kuantum?
Superkomputer ini dibangun di atas prinsip superposisi dan keterjeratan, yang merupakan dua aspek fisika kuantum. Komputer kuantum sekarang dapat melakukan tugas dengan kecepatan yang jauh lebih cepat daripada komputer tradisional dengan menggunakan energi yang jauh lebih sedikit.
Pada 1980-an, bidang komputasi kuantum muncul. Kemudian terungkap bahwa algoritma kuantum lebih efisien daripada padanan konvensionalnya dalam menyelesaikan tugas komputer tertentu.
Komputasi kuantum adalah disiplin ilmu komputer yang berfokus pada kemajuan teknologi komputer berdasarkan konsep teori kuantum. Itu memanfaatkan kemampuan luar biasa dari partikel subatom untuk ada di beberapa keadaan sekaligus, seperti 0 dan 1. Mereka mampu memproses data jauh lebih banyak daripada komputer biasa.
Status kuantum suatu item digunakan untuk membuat qubit dalam operasi komputasi kuantum. Qubit adalah unit data dasar komputasi kuantum. Dalam komputasi kuantum, mereka melayani pekerjaan yang sama dengan bit dalam komputasi biasa, tetapi mereka berperilaku sangat berbeda.
Bit tradisional adalah biner dan hanya dapat mempertahankan posisi 0 atau 1, sedangkan qubit dapat menyertakan superposisi dari semua kemungkinan status.
Kerangka Kerja Terbaik untuk Komputasi Kuantum
1. lingkaran
Cirq dibangun oleh tim Quantum AI Google. Ini digunakan untuk merancang dan meningkatkan sirkuit kuantum yang kemudian diuji pada komputer kuantum dan simulator. Cirq fantastis karena menawarkan simulator pengembangan yang sangat mirip dengan yang terlihat di kehidupan nyata.
Ini menyiratkan bahwa perpustakaan bekerja melalui detail perangkat keras di sekitar NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) sehingga kami dapat yakin bahwa algoritme atau sirkuit dapat dijalankan pada komputer kuantum nyata setelah selesai.
Akibatnya, ia memiliki potensi untuk dieksploitasi untuk membuat sirkuit kuantum yang adaptif dan dapat digunakan. Ini juga memiliki fitur interoperabilitas. Perangkat lunak yang mengimpor dan mengekspor sirkuit dan simulasi kuantum, misalnya.
Kerangka kerja untuk memprogram komputer kuantum yang bersifat open-source. Cirq adalah Ular sanca paket perangkat lunak yang memungkinkan Anda membuat, memanipulasi, dan mengoptimalkan sirkuit kuantum sebelum menjalankannya di komputer kuantum dan simulator.
Cirq adalah abstraksi yang efisien untuk menangani komputer kuantum skala menengah yang bising saat ini, di mana persyaratan perangkat keras sangat penting untuk mencapai hasil yang mutakhir.
Fitur
- Dari gerbang yang beroperasi pada qubit, Anda dapat mempelajari cara mendesain sirkuit kuantum. Pelajari apa itu Momen dan bagaimana berbagai taktik penyisipan dapat membantu Anda dalam membangun sirkuit ideal Anda. Pelajari cara mengiris dan memotong sirkuit untuk membuat sirkuit baru dan lebih baik.
- Pembatasan teknologi memiliki pengaruh yang signifikan pada apakah sirkuit dapat diimplementasikan pada perangkat keras kontemporer atau tidak. Pelajari cara memprogram Layanan Komputasi Kuantum Google dan cara membuat perangkat untuk mengatasi keterbatasan ini.
- Kedua fungsi gelombang dan matriks kepadatan memiliki simulator built-in di Cirq. Monte Carlo atau simulasi matriks kepadatan penuh dapat digunakan untuk mengatasi saluran kuantum yang bising.
- Untuk melakukan pengujian pada prosesor kuantum Google, Cirq bekerja sama dengan Quantum Computing Service.
2. ProyekQ
ETH Zurich menciptakan ProjectQ, arsitektur perangkat lunak komputasi kuantum sumber terbuka. Ini memberikan yang kuat dan mudah sintaksis bagi pengguna untuk membuat aplikasi kuantum dengan Python. ProjectQ kemudian dapat mengonversi skrip ini ke segala bentuk back-end, apakah itu simulator komputer klasik atau prosesor kuantum.
ProjectQ kemudian dapat mengonversi aplikasi ini ke segala jenis back-end, seperti simulator komputer klasik atau prosesor kuantum, seperti platform IBM Quantum Experience.
Fitur
- TI adalah tingkat tinggi bahasa pemrograman untuk program kuantum.
- Ini memiliki kompiler modular dan mudah beradaptasi.
- Ini juga menawarkan sejumlah backend perangkat keras dan perangkat lunak.
- Perpustakaan komputer kuantum (FermiLib) untuk memecahkan masalah fermion
- Chip IBM Quantum Experience, perangkat AQT, AWS Braket, dan perangkat yang disediakan layanan IonQ semuanya dapat digunakan untuk menjalankan algoritme kuantum.
- Pada tingkat abstraksi yang lebih tinggi, program kuantum dapat ditiru (misalnya, meniru tindakan orakel besar alih-alih mengkompilasinya ke gerbang tingkat rendah)
- Pada komputer klasik, program kuantum dapat disimulasikan.
3. Kuantum Tensoflow
Kerangka kerja Python TensorFlow Quantum (TFQ) adalah untuk kuantum Mesin belajar. TFQ adalah kerangka kerja aplikasi TensorFlow yang memungkinkan peneliti algoritme kuantum dan pembelajaran mesin menggunakan kerangka kerja komputasi kuantum Google langsung dari TensorFlow.
TensorFlow Quantum adalah program yang berfokus pada data kuantum dan pembuatan model hibrida kuantum-klasik. Ini menggabungkan teknik dan logika komputasi kuantum yang dirancang Cirq dengan TensorFlow API, serta simulator sirkuit kuantum berkinerja tinggi.
Kerangka kerja TFQ dapat digunakan untuk menjalankan model tradisional dan hibrida, seperti Quantum CNN (QCNN). Akibatnya, TFQ dapat digunakan untuk setiap masalah yang sebelumnya tidak mungkin dijawab dengan menggunakan pendekatan tradisional. Untuk menjawab masalah dunia nyata tertentu, mulailah dengan TFQ untuk membuat model hibrida kuantum atau kuantum-klasik.
Fitur
- Peneliti dapat menggunakan TFQ untuk membuat tensor menggunakan kumpulan data kuantum, model kuantum, dan parameter kontrol konvensional dalam satu jaringan komputasi.
- Tensor digunakan untuk menyimpan data kuantum (susunan angka multidimensi). Setiap tensor data kuantum digambarkan sebagai sirkuit kuantum Cirq yang membuat data kuantum dengan cepat.
- Peneliti dapat menggunakan Cirq untuk membuat prototipe kuantum saraf jaringan yang akan disertakan dalam grafik komputasi TensorFlow nanti.
- Kapasitas untuk melatih dan mengeksekusi banyak sirkuit kuantum secara bersamaan adalah fitur utama TensorFlow Quantum.
4. persepsi
Perceval adalah kerangka kerja sumber terbuka untuk pemrograman komputer kuantum fotonik yang dikembangkan oleh Perceval, sebuah bisnis Prancis yang berfokus pada pembangunan generasi baru komputer kuantum berdasarkan manipulasi cahaya.
Perceval menawarkan alat untuk menyusun sirkuit dari komponen optik linier, mendefinisikan sumber foton tunggal, memanipulasi status Fock, menjalankan simulasi kuantum, mereproduksi makalah eksperimental yang diterbitkan, dan bereksperimen dengan generasi baru algoritme kuantum melalui API Python berorientasi objek sederhana.
Tujuannya adalah menjadi alat pendamping untuk membangun sirkuit fotonik kuantum — untuk mensimulasikan dan menyempurnakan desainnya, memodelkan perilaku ideal dan aktual, dan menawarkan antarmuka standar untuk mengontrolnya melalui gagasan backend.
Ini dioptimalkan untuk beroperasi pada desktop lokal, dengan banyak peningkatan untuk klaster HPC, dan menyediakan akses ke backend canggih untuk simulasi numerik dan simbolik dari algoritma kuantum pada sirkuit fotonik.
Anda juga dapat memanfaatkan sejumlah besar komponen prefabrikasi untuk membuat algoritme dan sirkuit optik linier yang rumit. Perpustakaan algoritme terkenal dapat diakses, serta pelajaran tentang cara menggunakannya.
Anda juga dapat menggunakan beberapa baris kode untuk menjalankan eksperimen untuk menyempurnakan algoritme, membandingkan dengan data eksperimen, dan membuat ulang publikasi yang dipublikasikan.
Fitur
- Arsitektur unik yang didedikasikan sepenuhnya untuk optik linier dan komputasi kuantum fotonik
- Proyek ini merupakan proyek sumber terbuka dengan arsitektur modular yang menyambut baik kontribusi komunitas.
- Menggunakan perpustakaan besar komponen prefabrikasi, buat algoritme dan sirkuit optik linier yang rumit. Perpustakaan algoritme terkenal dapat diakses, serta pelajaran tentang cara menggunakannya.
- Bereksperimenlah dengan algoritme untuk menyempurnakannya, membandingkannya dengan data eksperimen, dan menyalin publikasi yang ada dalam beberapa baris kode.
- Untuk meniru algoritma kuantum pada sirkuit fotonik, gunakan backend yang canggih. Perceval dirancang untuk berjalan di desktop lokal dalam hal kinerja numerik dan simbolis, dengan banyak peningkatan untuk klaster HPC.
5. Qikit
Kita tahu bahwa jika kita berbicara tentang teknologi generasi berikutnya, IBM akan memiliki sesuatu untuk ditawarkan. Tentu saja. QisKit adalah platform sumber terbuka untuk mengembangkan perangkat lunak kuantum.
Qiskit adalah kerangka kerja perangkat lunak yang didanai IBM yang memudahkan pengguna untuk belajar tentang komputasi kuantum. Karena komputer kuantum sulit didapat, Anda dapat menggunakan penyedia cloud seperti toolkit Qiskit IBM untuk mendapatkan akses ke salah satunya.
Ini sepenuhnya gratis untuk digunakan, dan semua kodenya adalah open source. Ada buku teks online yang mengajarkan Anda semua dasar-dasar fisika kuantum, yang sangat berguna bagi pemula yang tidak terbiasa dengan subjek ini.
Komputer kuantum dapat digunakan pada tingkat pulsa, sirkuit, dan modul aplikasi.
Fitur
- Pengguna dari berbagai tingkatan dapat menggunakan Qiskit untuk penelitian dan pengembangan aplikasi karena dilengkapi dengan koleksi gerbang kuantum lengkap dan rangkaian rangkaian pra-bangun.
- Anda dapat menggunakan Qiskit Runtime untuk mengoordinasikan aplikasi kuantum pada CPU, QPU, dan GPU berbasis cloud, serta menjalankan dan menjadwalkan aktivitas pada prosesor kuantum yang sebenarnya.
- Transpiler mengubah kode Qiskit menjadi sirkuit yang efisien dengan memanfaatkan rangkaian gerbang asli dari backend, memungkinkan pengguna untuk merancang prosesor atau arsitektur kuantum apa pun dengan input minimum.
Kesimpulan
Singkatnya, komputer kuantum dapat dengan cepat menembus teknik enkripsi saat ini dalam waktu singkat, sedangkan superkomputer terbesar yang dapat diakses sekarang membutuhkan waktu bertahun-tahun.
Terlepas dari kenyataan bahwa komputer kuantum akan mampu memecahkan banyak skema enkripsi saat ini, diharapkan mereka akan mengembangkan alternatif anti-retas. Komputer kuantum sangat bagus dalam menangani masalah pengoptimalan.
Tinggalkan Balasan