კვანტური გამოთვლა არის ახალი ტექნოლოგია, რომელიც იყენებს კვანტურ ფიზიკას ისეთი საკითხების გადასაჭრელად, რომლებიც სცილდება ტრადიციული კომპიუტერების შესაძლებლობებს.
ახლა ბევრი კომპანია ცდილობს რეალური კვანტური აპარატურა ხელმისაწვდომი გახადოს ათიათასობით დეველოპერისთვის, ინსტრუმენტი, რომელზეც მეცნიერები მხოლოდ სამი ათეული წლის წინ ოცნებობდნენ.
შედეგად, ჩვენი ინჟინრები ხშირად აყენებენ მძლავრ სუპერგამტარ კვანტურ კომპიუტერებს, რაც გვაახლოებს კვანტურ გამოთვლის სიჩქარესა და სიმძლავრეს, რომელიც აუცილებელია სამყაროს შესაცვლელად.
ამ პოსტში ჩვენ უფრო დეტალურად განვიხილავთ კვანტური კომპიუტერი და ინსტრუმენტები და ჩარჩოები, რომლებიც თან ახლავს მას, ასევე სად იქნებიან ისინი 2022 წელს.
რა არის კვანტური გამოთვლა?
ეს სუპერკომპიუტერები აგებულია სუპერპოზიციისა და ჩახლართულობის პრინციპებზე, რომლებიც კვანტური ფიზიკის ორი ასპექტია. კვანტურ კომპიუტერებს ახლა შეუძლიათ დავალებების შესრულება უფრო სწრაფად, ვიდრე ჩვეულებრივი კომპიუტერები, ხოლო გაცილებით ნაკლებ ენერგიას იყენებენ.
1980-იან წლებში გაჩნდა კვანტური გამოთვლის სფერო. შემდეგ გაირკვა, რომ კვანტური ალგორითმები უფრო ეფექტური იყო, ვიდრე მათი ჩვეულებრივი ეკვივალენტები გარკვეული კომპიუტერული ამოცანების გადასაჭრელად.
კვანტური გამოთვლა არის კომპიუტერული მეცნიერების დისციპლინა, რომელიც ფოკუსირებულია კომპიუტერული ტექნოლოგიების წინსვლაზე, კვანტური თეორიის კონცეფციებზე დაყრდნობით. ის იყენებს სუბატომური ნაწილაკების არაჩვეულებრივ უნარს ერთდროულად რამდენიმე მდგომარეობაში არსებობდეს, როგორიცაა 0 და 1. მათ შეუძლიათ გაცილებით მეტი მონაცემების დამუშავება, ვიდრე ჩვეულებრივ კომპიუტერებს.
ელემენტის კვანტური მდგომარეობა გამოიყენება კვანტური გამოთვლითი ოპერაციების კუბიტის შესაქმნელად. კუბიტები არის კვანტური გამოთვლის ფუნდამენტური მონაცემთა ერთეული. კვანტურ გამოთვლებში, ისინი ემსახურებიან იმავე სამუშაოს, რასაც ბიტები აკეთებენ ჩვეულებრივ გამოთვლებში, მაგრამ ისინი სრულიად განსხვავებულად იქცევიან.
ტრადიციული ბიტები ორობითია და შეუძლიათ შეინარჩუნონ მხოლოდ 0 ან 1 პოზიცია, ხოლო კუბიტები შეიძლება შეიცავდეს ყველა შესაძლო მდგომარეობის სუპერპოზიციას.
საუკეთესო ჩარჩოები კვანტური გამოთვლისთვის
1. ცირკი
Cirq შეიქმნა Google-ის Quantum AI გუნდის მიერ. იგი გამოიყენება კვანტური სქემების დიზაინისა და გასაუმჯობესებლად, რომლებიც შემდეგ ტესტირება ხდება კვანტურ კომპიუტერებსა და ტრენაჟორებზე. Cirq არის ფანტასტიკური, რადგან ის გთავაზობთ განვითარების ტრენაჟორებს, რომლებიც საკმაოდ ჰგავს რეალურ ცხოვრებაში ნანახს.
ეს გულისხმობს, რომ ბიბლიოთეკა მუშაობს NISQ-ის (ხმაურიანი საშუალო მასშტაბის კვანტური) მიმდებარე ტექნიკის დეტალებში, ასე რომ, ჩვენ შეგვიძლია დარწმუნებული ვიყოთ, რომ ალგორითმი ან წრე შეიძლება გაშვებული იყოს რეალურ კვანტურ კომპიუტერზე მისი დასრულების შემდეგ.
შედეგად, მას აქვს პოტენციალი გამოიყენოს ადაპტაციური და განლაგებული კვანტური სქემების შესაქმნელად. მას ასევე აქვს თავსებადობის მახასიათებლები. მაგალითად, პროგრამა, რომელიც ახდენს კვანტური სქემების და სიმულაციების იმპორტს და ექსპორტს.
ჩარჩო კვანტური კომპიუტერების დაპროგრამებისთვის, რომლებიც ღია წყაროა. ცირკი არის ა Python პროგრამული პაკეტი, რომელიც საშუალებას გაძლევთ შექმნათ, მანიპულიროთ და ოპტიმიზაცია მოახდინოთ კვანტურ სქემებზე კვანტურ კომპიუტერებზე და ტრენაჟორებზე მათ შესრულებამდე.
Cirq არის ეფექტური აბსტრაქცია დღევანდელი ხმაურიანი, საშუალო მასშტაბის კვანტურ კომპიუტერებთან, სადაც ტექნიკის მოთხოვნები გადამწყვეტია უახლესი შედეგების მისაღწევად.
მისი მახასიათებლებია;
- კუბიტებზე მომუშავე კარიბჭეებიდან შეგიძლიათ ისწავლოთ კვანტური სქემების დაპროექტება. შეიტყვეთ რა არის მომენტი და როგორ დაგეხმარებათ ჩასმის სხვადასხვა ტაქტიკა თქვენი იდეალური სქემის აწყობაში. ისწავლეთ როგორ დავჭრათ და დავჭრათ სქემები ახალი და გაუმჯობესებული სქემების შესაქმნელად.
- ტექნოლოგიური შეზღუდვები მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს იმაზე, შესაძლებელია თუ არა მიკროსქემის დანერგვა თანამედროვე აპარატურაზე. ისწავლეთ როგორ დაპროგრამოთ Google-ის Quantum Computing Service და როგორ შექმნათ მოწყობილობები ამ შეზღუდვების მოსაგვარებლად.
- ორივე ტალღის ფუნქციებს და სიმკვრივის მატრიცებს აქვთ ჩაშენებული სიმულატორები Cirq-ში. მონტე კარლოს ან სრული სიმკვრივის მატრიცის სიმულაციები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ხმაურიანი კვანტური არხების დასაძლევად.
- Google-ის კვანტურ პროცესორებზე ტესტების შესასრულებლად Cirq თანამშრომლობს Quantum Computing Service-თან.
2. ProjectQ
ETH Zurich-მა შექმნა ProjectQ, ღია კოდის კვანტური გამოთვლითი პროგრამული უზრუნველყოფის არქიტექტურა. ის უზრუნველყოფს მტკიცე და პირდაპირს სინტაქსი მომხმარებლებისთვის, რომ შექმნან კვანტური აპლიკაციები პითონში. შემდეგ ProjectQ-ს შეუძლია ამ სკრიპტების კონვერტაცია ნებისმიერ ფორმაში, იქნება ეს კლასიკური კომპიუტერული სიმულატორი თუ კვანტური პროცესორი.
შემდეგ ProjectQ-ს შეუძლია ამ აპლიკაციების კონვერტაცია ნებისმიერი სახის უკანა მხარეს, როგორიცაა კლასიკური კომპიუტერული სიმულატორი ან კვანტური პროცესორი, როგორიცაა IBM Quantum Experience პლატფორმა.
მისი მახასიათებლებია;
- IT არის მაღალი დონის პროგრამირების ენა კვანტური პროგრამებისთვის.
- მას აქვს მოდულარული და ადაპტირებადი შემდგენელი.
- ის ასევე გთავაზობთ უამრავ აპარატურულ და პროგრამულ უზრუნველყოფას.
- კვანტური კომპიუტერული ბიბლიოთეკა (FermiLib) ფერმიონური საკითხების გადასაჭრელად
- IBM Quantum Experience ჩიპი, AQT მოწყობილობები, AWS Braket და IonQ სერვისით მოწოდებული მოწყობილობები შეიძლება გამოყენებულ იქნას კვანტური ალგორითმების გასაშვებად.
- აბსტრაქციის უფრო მაღალ დონეზე, კვანტური პროგრამების ემულაცია შესაძლებელია (მაგ., დიდი ორაკულების მოქმედების მიბაძვა დაბალი დონის კარიბჭეებში მათი შედგენის ნაცვლად)
- კლასიკურ კომპიუტერებზე კვანტური პროგრამების სიმულაცია შესაძლებელია.
3. Tensoflow Quantum
პითონის ჩარჩო TensorFlow Quantum (TFQ) არის კვანტური მანქანა სწავლის. TFQ არის TensorFlow აპლიკაციის ჩარჩო, რომელიც საშუალებას აძლევს კვანტური ალგორითმის და მანქანათმცოდნეობის მკვლევარებს გამოიყენონ Google-ის კვანტური გამოთვლითი ჩარჩოები პირდაპირ TensorFlow-დან.
TensorFlow Quantum არის პროგრამა, რომელიც ფოკუსირებულია კვანტურ მონაცემებზე და კვანტურ-კლასიკური ჰიბრიდული მოდელების შექმნაზე. ის აერთიანებს Cirq-ის მიერ შემუშავებულ კვანტურ გამოთვლის ტექნიკას და ლოგიკას TensorFlow API-ებთან, ასევე მაღალი ხარისხის კვანტური მიკროსქემის სიმულატორებთან.
TFQ ჩარჩო შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ტრადიციული, ასევე ჰიბრიდული მოდელების გასაშვებად, როგორიცაა Quantum CNN (QCNN). შედეგად, TFQ შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნებისმიერი პრობლემისთვის, რომელზეც ადრე შეუძლებელი იყო პასუხის გაცემა ტრადიციული მიდგომების გამოყენებით. რეალურ სამყაროში არსებულ გარკვეულ პრობლემებზე პასუხის გასაცემად, დაიწყეთ TFQ-ით კვანტური ან კვანტურ-კლასიკური ჰიბრიდული მოდელების შესაქმნელად.
მისი მახასიათებლებია;
- მკვლევარებს შეუძლიათ გამოიყენონ TFQ ტენსორების შესაქმნელად კვანტური მონაცემთა ნაკრების, კვანტური მოდელების და ჩვეულებრივი კონტროლის პარამეტრების გამოყენებით ერთ გამოთვლით ქსელში.
- ტენსორები გამოიყენება კვანტური მონაცემების შესანახად (რიცხვთა მრავალგანზომილებიანი მასივი). კვანტური მონაცემების თითოეული ტენსორი აღწერილია როგორც Cirq კვანტური წრე, რომელიც ქმნის კვანტურ მონაცემებს ფრენისას.
- მკვლევარს შეუძლია გამოიყენოს Cirq კვანტის პროტოტიპისთვის ნერვული ქსელის რომელიც მოგვიანებით ჩაირთვება TensorFlow გამოთვლით გრაფიკში.
- მრავალრიცხოვანი კვანტური სქემების ერთდროულად მომზადებისა და შესრულების შესაძლებლობა არის TensorFlow Quantum-ის მთავარი მახასიათებელი.
4. აღიქვამს
Perceval არის ღია კოდის ჩარჩო ფოტონიკური კვანტური კომპიუტერების პროგრამირებისთვის, რომელიც შემუშავებულია Perceval-ის მიერ, ფრანგული ბიზნესი, რომელიც ფოკუსირებულია ახალი თაობის კვანტური კომპიუტერების შექმნაზე სინათლის მანიპულირებაზე.
Perceval გთავაზობთ ინსტრუმენტებს წრფივი ოპტიკური კომპონენტებისგან სქემების შედგენისთვის, ერთფოტონური წყაროების განსაზღვრისთვის, Fock მდგომარეობების მანიპულირებისთვის, კვანტური სიმულაციების გაშვებისთვის, გამოქვეყნებული ექსპერიმენტული ნაშრომების რეპროდუცირებისთვის და კვანტური ალგორითმების ახალი თაობის ექსპერიმენტებისთვის მარტივი ობიექტზე ორიენტირებული Python API-ის მეშვეობით.
მისი მიზანია იყოს კომპანიონი ინსტრუმენტი კვანტური ფოტონიკური სქემების ასაგებად - მათი დიზაინის სიმულაციისა და დახვეწისთვის, იდეალური და რეალური ქცევის მოდელირებისთვის და სტანდარტიზებული ინტერფეისის შეთავაზებისთვის, რომ აკონტროლოთ ისინი backends-ის ცნების მეშვეობით.
ის ოპტიმიზირებულია ლოკალურ დესკტოპზე მუშაობისთვის, HPC კლასტერებისთვის მრავალი გაუმჯობესებით და უზრუნველყოფს დახვეწილ საზურგეებზე წვდომას კვანტური ალგორითმების რიცხვითი და სიმბოლური სიმულაციისთვის ფოტონიკურ სქემებზე.
თქვენ ასევე შეგიძლიათ გამოიყენოთ ასაწყობი კომპონენტების დიდი რაოდენობა ალგორითმებისა და რთული ხაზოვანი ოპტიკური სქემების შესაქმნელად. ხელმისაწვდომია ცნობილი ალგორითმების ბიბლიოთეკა, ასევე გაკვეთილები მათი გამოყენების შესახებ.
თქვენ ასევე შეგიძლიათ გამოიყენოთ კოდის რამდენიმე სტრიქონი ექსპერიმენტების ჩასატარებლად ალგორითმების დაზუსტებისთვის, ექსპერიმენტულ მონაცემებთან შედარებისთვის და გამოქვეყნებული პუბლიკაციების ხელახლა შესაქმნელად.
მისი მახასიათებლებია;
- უნიკალური არქიტექტურა, რომელიც მთლიანად ეძღვნება ხაზოვან ოპტიკას და ფოტონიკურ კვანტურ გამოთვლებს
- პროექტი არის ღია კოდის პროექტი მოდულური არქიტექტურით, რომელიც მიესალმება საზოგადოების წვლილს.
- ასაწყობი კომპონენტების უზარმაზარი ბიბლიოთეკის გამოყენებით, შექმენით ალგორითმები და რთული ხაზოვანი ოპტიკური სქემები. ხელმისაწვდომია ცნობილი ალგორითმების ბიბლიოთეკა, ასევე გაკვეთილები მათი გამოყენების შესახებ.
- ექსპერიმენტი გააკეთეთ ალგორითმებით, რათა დააზუსტოთ ისინი, შეადარეთ ისინი ექსპერიმენტულ მონაცემებს და დააკოპირეთ არსებული პუბლიკაციები კოდის რამდენიმე სტრიქონში.
- ფოტონიკურ სქემებზე კვანტური ალგორითმების ემულაციისთვის გამოიყენეთ დახვეწილი სარეზერვო სისტემა. Perceval შექმნილია ადგილობრივ სამუშაო მაგიდაზე გასაშვებად, როგორც რიცხვითი, ასევე სიმბოლური შესრულების თვალსაზრისით, HPC კლასტერებისთვის მრავალი გაუმჯობესებით.
5. კისკიტი
ჩვენ ვიცით, რომ თუ ვსაუბრობთ შემდეგი თაობის ტექნოლოგიაზე, IBM-ს ექნება რაიმე შესთავაზა. რა თქმა უნდა აკეთებს. QisKit არის ღია წყაროს პლატფორმა კვანტური პროგრამული უზრუნველყოფის შესაქმნელად.
Qiskit არის IBM-ის მიერ დაფინანსებული პროგრამული უზრუნველყოფის ჩარჩო, რომელიც მომხმარებლებს უადვილებს სწავლას კვანტური კომპიუტერი. იმის გამო, რომ კვანტური კომპიუტერები ძნელია, თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ ღრუბლოვანი პროვაიდერი, როგორიცაა IBM-ის Qiskit ინსტრუმენტარიუმი, რომ მიიღოთ წვდომა ერთზე.
მისი გამოყენება სრულიად უფასოა და ყველა კოდი არის ღია წყაროებიდან. არსებობს ონლაინ სახელმძღვანელო, რომელიც გასწავლით კვანტური ფიზიკის ყველა საფუძველს, რაც ძალიან სასარგებლოა დამწყებთათვის, რომლებიც არ იცნობენ ამ საკითხს.
კვანტური კომპიუტერების გამოყენება შესაძლებელია იმპულსების, სქემების და აპლიკაციის მოდულების დონეზე.
მისი მახასიათებლებია;
- სხვადასხვა დონის მომხმარებლებს შეუძლიათ გამოიყენონ Qiskit კვლევისა და აპლიკაციების განვითარებისთვის, რადგან მას გააჩნია კვანტური კარიბჭეების სრული კოლექცია და წინასწარ ჩაშენებული სქემები.
- თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ Qiskit Runtime ღრუბელზე დაფუძნებულ CPU-ებზე, QPU-ებსა და GPU-ებზე კვანტური აპლიკაციების კოორდინაციისთვის, ასევე რეალურ კვანტურ პროცესორებზე აქტივობების გასაშვებად და დაგეგმვისთვის.
- ტრანსპილერი აკონვერტებს Qiskit კოდს ეფექტურ წრედ, გამოყენებით backend-ის მშობლიური კარიბჭის ნაკრები, რაც მომხმარებლებს საშუალებას აძლევს შექმნან ნებისმიერი კვანტური პროცესორი ან არქიტექტურა მინიმალური შეყვანით.
დასკვნა
მოკლედ რომ შევაჯამოთ, კვანტურ კომპიუტერებს შეუძლიათ სწრაფად შეაღწიონ დღევანდელი დაშიფვრის ტექნიკაში მოკლე დროში, მაშინ როცა უდიდეს სუპერკომპიუტერს, რომელიც ახლა ხელმისაწვდომია, წლები სჭირდება.
იმისდა მიუხედავად, რომ კვანტურ კომპიუტერებს შეეძლებათ გატეხონ დღევანდელი დაშიფვრის მრავალი სქემა, მოსალოდნელია, რომ ისინი შეიმუშავებენ ჰაკერული ალტერნატივებს. კვანტური კომპიუტერები ფანტასტიკურია ოპტიმიზაციის საკითხების მოგვარებაში.
დატოვე პასუხი