Luwih cepet tinimbang sadurunge, jagad iki ganti amarga owah-owahan digital.
Kanthi tekane gelombang teknologi anyar liyane sing bisa ngowahi paradigma saiki kanthi drastis kanthi kecepatan lan kekuwatan sing nggumunake: komputasi kuantum, pangerten ide dhasar jaman digital bakal dadi luwih penting.
Teknik terobosan sing disebut komputasi kuantum nggunakake fisika kuantum kanggo ngrampungake masalah sing ora bisa ditindakake komputer konvensional.
Prinsip teori kuantum nuduhake kepriye tumindake materi lan energi ing skala atom lan subatom, lan Qiskit IBM minangka kit pangembangan piranti lunak kuantum open-source sing mbantu nggawe sistem komputasi kuantum.
Artikel iki ngupaya njlentrehake babagan iki lan menehi ringkesan babagan komputasi kuantum.
Kita bakal nerangake marang para pamaca kanthi bantuan komputasi kuantum sumber terbuka SDK, ie. Qiskit lan supaya padha njelajah nggunakake Notebook Jupyter tuan rumah ing IBM Quantum Lab.
Apa Quantum Computing?
Komputasi kuantum minangka cabang ilmu komputer sing fokus ing ngembangake teknologi komputer nggunakake gagasan saka teori kuantum.
Iku njupuk kauntungan saka kapasitas ngédap partikel subatomik kanggo bebarengan ana ing akèh negara, kayata 0 lan 1.
Dheweke bisa ngolah data luwih akeh tinimbang komputer biasa.
Ing proses komputasi kuantum, qubit digawe nggunakake kahanan kuantum saka sawijining obyek. Bagean informasi penting ing komputasi kuantum yaiku qubit.
Padha nindakake fungsi sing padha karo bit ing komputasi konvensional ing komputasi kuantum, nanging tumindak kanthi beda. Komputasi kuantum minangka lapangan sing muncul ing taun 1980-an.
Banjur ditemokake yen algoritma kuantum luwih efektif kanggo nindakake sawetara tugas komputer tinimbang mitra klasik.
Superposisi lan entanglement, rong konsep saka fisika kuantum, minangka dhasar sing didhasarake superkomputer kasebut.
Dibandhingake karo komputer konvensional, komputer kuantum saiki bisa nindakake pesenan kerja kanthi gedhene kanthi luwih cepet nalika nggunakake energi sing luwih murah.
Kita kudu nerusake operasi komputer kuantum supaya bisa ngerti kanthi lengkap. Ayo miwiti saiki.
Kepiye carane komputer kuantum bisa digunakake?
Dibandhingake karo komputer tradisional sing digunakake, komputer kuantum nyedhaki pemecahan masalah kanthi beda. Kanggo sawetara tugas, komputer kuantum luwih disenengi tinimbang sing tradisional ing sawetara cara.
Kapasitas kanggo ana ing pirang-pirang negara sekaligus dianggep dadi sababe. Ing tangan liyane, komputer konvensional mung bisa ing siji negara bebarengan.
Ana telung konsep utama sing kudu sampeyan pahami supaya bisa ngerti cara kerja komputer kuantum:
- Superposisi.
- Entanglement.
- Gangguan.
Superposisi
Bit minangka komponen dhasar saka komputer tradisional. Bit kuantum, utawa Qubits, minangka unit dhasar saka komputer kuantum.
Ing dhasar, bit kuantum beroperasi kanthi beda. Bit biner, kadhangkala dikenal minangka bit tradisional, yaiku saklar sing bisa dadi 0 utawa 1.
Kita nampa status saiki bit maneh nalika kita ngukur. Qubits minangka pangecualian kanggo iki. Qubits bisa dibandhingake panah pointing ing telung dimensi.
Dheweke ana ing kahanan 0 yen padha nuding munggah. Padha ana ing 1 negara yen padha nuding mudhun. Padha bener karo bit klasik.
Nanging, dheweke uga bisa milih ing negara superposisi.
Panah ana ing kahanan sing nuding ing arah liya. Superposisi 0 lan 1 ngasilake negara iki. Qubit isih bakal ngasilake 1 utawa 0 minangka asil nalika diukur.
Nanging, orientasi panah nemtokake kemungkinan sing cocog.
Sampeyan luwih kamungkinan kanggo nampa 1 yen panah utamané nuding mudhun lan 0 yen utamané pointing munggah.
Sampeyan bakal duwe 50% kasempatan menang kanggo saben yen panah ing tengah. Ing ringkesan, iku superposisi.
Entanglement
Bit ing komputer tradisional ora gumantung saka siji liyane. Status siji bit ora ana pengaruhe karo negara bit liyane.
Qubits ing komputer kuantum bisa diikat karo siji liyane. Iki tegese padha gabung dadi siji negara kuantum gedhe.
Kanggo ilustrasi, nimbang rong qubit sing ana ing macem-macem negara superposisi nanging durung diikat. Ing wektu iki, kemungkinan ora gumantung ing siji liyane.
Nalika kita ngganggu, kita kudu ngilangi kemungkinan independen kasebut lan nemtokake kemungkinan kabeh negara alternatif sing bisa kita uwal, yaiku, 00, 01, 10, lan 11.
Distribusi kemungkinan saka kabeh sistem diganti yen arah panah ing siji qubit diganti amarga qubits entangled.
Kamardikan qubit saka siji liyane wis ilang. Saben wong minangka komponèn saka negara sing padha. Ora ketompo carane akeh qubit sampeyan duwe, iki isih cilik.
Ana kemungkinan kombinasi 2n negara kanggo komputer kuantum karo n qubits.
Sampeyan duwe distribusi kemungkinan ing rong negara, umpamane, kanggo siji qubit. Sampeyan duwe distribusi probabilitas ing patang negara kanggo rong qubit, etc. Bedane utama antarane komputer klasik lan kuantum yaiku iki.
Sampeyan bisa nyelehake komputer klasik ing kahanan apa wae sing sampeyan pilih, nanging mung siji-sijine. Kabeh negara kasebut bisa ana bebarengan ing komputer kuantum minangka superposisi.
Kepiye carane komputer bisa entuk manfaat saka kabeh negara kasebut bebarengan? Unsur pungkasan saka gangguan mlebu ing titik iki.
Gangguan
Fungsi gelombang kuantum bisa digunakake kanggo nggambarake kahanan qubit.
Dhèskripsi matématika dhasar saka kabèh ing fisika kuantum diwenehake dening fungsi gelombang.
Nalika akeh qubits sing entangled, fungsi gelombang individu digabungake bebarengan kanggo mbentuk fungsi gelombang siji sing njlèntrèhaké negara sakabèhé saka komputer kuantum.
Interferensi minangka asil saka nambahake fungsi gelombang kasebut bebarengan. Nalika ombak digabungake, bisa uga interaksi konstruktif lan gabung kanggo nggawe gelombang sing luwih gedhe, kaya ripples banyu.
Padha uga bisa interaksi destruktif kanggo counteract siji liyane. Kemungkinan macem-macem saka macem-macem negara ditemtokake dening fungsi gelombang sakabèhé komputer kuantum.
Kita bisa ngowahi kemungkinan negara tartamtu bakal muncul nalika kita ngukur komputer kuantum kanthi ngganti negara saka macem-macem qubit.
Sanajan komputer kuantum bisa ana ing sawetara superposisi negara bebarengan, pangukuran mung nuduhake salah sawijining negara kasebut.
Mula, nalika nggunakake komputer kuantum kanggo ngrampungake tugas komputasi, interferensi konstruktif dibutuhake kanggo ngunggahake kemungkinan nampa jawaban sing bener lan gangguan sing ngrusak kanggo nyuda kemungkinan nampa jawaban sing salah.
Saiki, ayo miwiti karo Qiskit.
apa Qiskit?
Qiskit minangka kerangka piranti lunak sing didanai IBM sing dirancang kanggo nggampangake sapa wae mlebu ing bidang komputasi kuantum.
Amarga komputer kuantum angel dipikolehi, sampeyan bisa entuk siji liwat panyedhiya maya, kayata IBM, nggunakake kothak piranti Qiskit.
Kasedhiya gratis, lan kabeh kode kasebut mbukak sumber.
Ana sing buku teks online sing mulang sampeyan kabeh dhasar fisika kuantum, sing migunani banget kanggo wong sing ora ngerti babagan subjek kasebut. Python digunakake kanggo ngembangake toolkit Qiskit.
Dadi, yen sampeyan ngerti basa pemrograman Python, sampeyan bakal ngerti akeh kode.
Framework piranti lunak cocok kanggo sing pengin sinau babagan komputasi kuantum nalika uga entuk pengalaman praktis.
Aspek paling dhasar saka Qiskit yaiku operasi ing rong tahap. Salah sawijining langkah yaiku tahap konstruksi, ing ngendi kita nggawe sawetara sirkuit kuantum lan nggunakake sirkuit kasebut kanggo ngatasi masalah kasebut.
Banjur, sawise ngrampungake tahap bangunan utawa tekan solusi, kita nerusake menyang tahap sabanjure, sing dikenal minangka tahap eksekusi, ing ngendi kita nyoba nglakokake mbangun utawa solusi ing macem-macem backends (state vector backend, unitary backend, open ASM backend), lan sawise roto rampung, kita proses data ing mbangun kanggo output sing dikarepake.
Miwiti karo Qiskit
Ing komputer pribadi utawa Jupyter Notebook sing dadi tuan rumah IBM, sampeyan bisa nginstal sacara lokal. Tulis kode ing ngisor iki kanggo nginstal sacara lokal ing komputer Windows:
Kita kudu ndhaptar ing kene supaya bisa ngakses token API sing ngidini kita nggunakake piranti kuantum IBM, banjur bisa miwiti nggarap situs web perusahaan. Sampeyan bisa mbayangno nindakake iki kanthi nggunakake Jupyter Notebook sing diinstal Qiskit sing mlaku online.
Sampeyan bisa ngakses kanthi milih Profil saka menu ing pojok tengen ndhuwur kaca, banjur milih Informasi akun. Sampeyan bisa nemokake token API ing bagean ing token API ing wangun ***. Iki disalin banjur dilebokake ing kode ing ngisor iki:
Sawise kode iki wis dieksekusi, token API sampeyan bakal disimpen ing komputer, supaya sampeyan bisa nggunakake piranti kuantum IBM. Ketik ing ngisor iki kanggo nemtokake manawa sampeyan duwe akses menyang piranti kasebut:
Yen kode kasebut mlaku, sampeyan kudu bisa mbukak kode ora mung ing komputer nanging uga kanthi ngirim sirkuit kuantum sing dibangun menyang piranti kuantum IBM lan nampa asil.
Dadi, nggunakake perpustakaan sirkuit, kita bisa miwiti ngembangake algoritma kuantum pisanan. Kita miwiti kanthi ngimpor dependensi penting saka Qiskit menyang proyek kita.
Kita banjur mbangun register kuantum rong qubit lan register konvensional rong bit.
Dadi saiki kita duwe register klasik lan kuantum. Nggunakake loro kasebut, kita bisa mbangun sirkuit lan yen, ing sawayah-wayah sajrone modifikasi sirkuit, sampeyan pengin nggawe sketsa kaya apa sirkuit kuantum, tulis kode ing ngisor iki:
Kita bisa ndeleng saka gambar sing sirkuit kasusun saka rong bit kuantum lan rong bit klasik.
Kayane, sirkuit iki ora duwe gerbang, dadi ora nyenengake. Saiki ayo mbangun sirkuit nggunakake gerbang kuantum. Kaya klasik gerbang logika (Gerbang AND, OR) kanggo sirkuit digital normal, gerbang kuantum minangka komponen dhasar saka sirkuit kuantum.
Nglamar gerbang Hadamard menyang qubit pisanan minangka langkah pisanan kanggo nggawe entanglement. Banjur, nggunakake kode ing ngisor iki, kita bakal nambah operasi x kontrol loro-qubit:
Saiki loro operator iki wis digunakake kanggo mbangun sirkuit kuantum, wektune kanggo ngukur bit kuantum (qubits), njupuk pangukuran kasebut, lan nyimpen ing bit klasik. Ayo nggawe kode sing dibutuhake kanggo entuk:
Diagram ing ngisor iki nggambarake tata letak sirkuit kita:
Sirkuit kasebut banjur kudu ditindakake ing simulator komputer tradisional. Sirkuit wis rampung. Lan mriksa asil saka eksekusi kasebut.
Informasi sing dipikolehi saka nindakake sirkuit kasebut disimpen ing variabel asil. Ayo nampilake asil kasebut nggunakake histogram plot.
Iki kedadeyan nalika kita mbukak sirkuit kuantum. Kanggo nomer 00 lan 11, kita nampa kemungkinan watara 50%. Sirkuit komputer kuantum wiwitan sampeyan wis dibangun. Sugeng rawuh!
Aplikasi Qiskit Quantum Computing
Qiskit Finance
Koleksi alat lan aplikasi demonstratif ditawakake Qiskit Finance. Iki kalebu penerjemah Ising kanggo optimisasi portofolio, panyedhiya data kanggo data nyata utawa acak, lan implementasine kanggo macem-macem opsi finansial utawa taksiran risiko kredit.
Alam Qiskit
Aplikasi kaya lempitan protein lan struktur elektronik / vibronik komputasi kanggo negara bungah lan lemah didhukung dening Qiskit Nature.
Nawakake kabeh bagean sing dibutuhake kanggo nyambungake kode klasik lan kanthi otomatis ngowahi menyang macem-macem perwakilan sing dibutuhake dening komputer kuantum.
Qiskit Machine Learning
Quantum learning machine metode sing digunakake kanggo ngatasi macem-macem masalah, kayata regresi lan klasifikasi, diwenehake dening Qiskit Machine Learning uga kernel kuantum dhasar lan jaringan saraf kuantum (QNNs) minangka blok bangunan.
Uga ngidini sambungan QNNs menyang PyTorch kanggo tujuan nggabungake unsur kuantum menyang operasi klasik.
Optimization Qiskit
Optimasi Qiskit nawakake kabeh spektrum layanan optimasi, kalebu modeling masalah optimasi tingkat dhuwur, terjemahan otomatis masalah menyang macem-macem perwakilan sing dibutuhake, lan koleksi metode optimasi kuantum sing prasaja.
kesimpulan
Kesimpulane, nalika superkomputer paling cepet sing saiki kasedhiya butuh pirang-pirang taun, komputer kuantum bisa kanthi cepet ngilangi metode enkripsi saiki.
Senadyan kasunyatan manawa komputer kuantum bakal bisa ngilangi akeh teknik enkripsi sing digunakake saiki, diantisipasi bakal nggawe pengganti hack-proof.
Ngoptimalake masalah minangka kekuwatan komputer kuantum. Kanggo katrangan luwih lengkap, bukak Qiskit GitHub.
Ninggalake a Reply