양자 컴퓨팅은 양자 물리학을 사용하여 기존 컴퓨터의 능력을 넘어서는 문제를 해결하는 새로운 기술입니다.
많은 기업들이 과학자들이 XNUMX년 전만 해도 꿈꿔왔던 도구인 실제 양자 하드웨어를 수만 명의 개발자에게 제공하려고 시도하고 있습니다.
그 결과, 우리 엔지니어들은 점점 더 강력해지는 초전도 양자 컴퓨터를 자주 배포하여 세상을 바꾸는 데 필요한 양자 컴퓨팅 속도와 용량에 더 가까이 다가가고 있습니다.
이번 포스팅에서는 자세히 살펴보도록 하겠습니다 양자 컴퓨팅 함께 제공되는 도구와 프레임워크, 그리고 2022년에 있을 위치에 대해 설명합니다.
양자 컴퓨팅이란 무엇입니까?
이 슈퍼컴퓨터는 양자 물리학의 두 가지 측면인 중첩과 얽힘의 원리를 기반으로 합니다. 양자 컴퓨터는 이제 훨씬 적은 에너지를 사용하면서 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠른 속도로 작업을 수행할 수 있습니다.
1980년대에는 양자 컴퓨팅 영역이 등장했습니다. 그런 다음 특정 컴퓨터 작업을 해결하는 데 양자 알고리즘이 기존 알고리즘보다 더 효율적이라는 것이 밝혀졌습니다.
양자 컴퓨팅은 양자 이론 개념에 기반한 컴퓨터 기술의 발전에 중점을 둔 컴퓨터 과학의 한 분야입니다. 그것은 0과 1과 같이 한 번에 여러 상태로 존재하는 아원자 입자의 놀라운 능력을 이용합니다. 그들은 일반 컴퓨터보다 훨씬 더 많은 데이터를 처리할 수 있습니다.
항목의 양자 상태는 양자 컴퓨팅 작업에서 큐비트를 생성하는 데 사용됩니다. 큐비트는 양자 컴퓨팅의 기본 데이터 단위입니다. 양자 컴퓨팅에서 비트는 일반 컴퓨팅에서 수행하는 것과 동일한 작업을 수행하지만 상당히 다르게 동작합니다.
기존 비트는 바이너리이며 0 또는 1의 위치만 유지할 수 있는 반면 큐비트는 가능한 모든 상태의 중첩을 포함할 수 있습니다.
양자 컴퓨팅을 위한 최고의 프레임워크
1. 시르 크
Cirq는 Google의 Quantum AI 팀에서 구축했습니다. 양자 컴퓨터 및 시뮬레이터에서 테스트되는 양자 회로를 설계하고 개선하는 데 사용됩니다. Cirq는 실생활에서 볼 수 있는 것과 매우 유사한 개발 시뮬레이터를 제공하기 때문에 환상적입니다.
이는 라이브러리가 NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum)를 둘러싼 하드웨어 세부 정보를 통해 작동하므로 알고리즘이나 회로가 완료된 후 실제 양자 컴퓨터에서 실행할 수 있는지 확인할 수 있음을 의미합니다.
결과적으로 적응형 및 배포 가능한 양자 회로를 만드는 데 악용될 가능성이 있습니다. 또한 상호 운용성 기능이 있습니다. 예를 들어 양자 회로 및 시뮬레이션을 가져오고 내보내는 소프트웨어입니다.
오픈 소스인 양자 컴퓨터를 프로그래밍하기 위한 프레임워크입니다. 서크는 Python 양자 컴퓨터 및 시뮬레이터에서 실행하기 전에 양자 회로를 생성, 조작 및 최적화할 수 있는 소프트웨어 패키지입니다.
Cirq는 최첨단 결과를 얻기 위해 하드웨어 요구 사항이 중요한 오늘날의 시끄러운 중간 규모 양자 컴퓨터를 처리하기 위한 효율적인 추상화입니다.
특징
- 큐비트에서 작동하는 게이트에서 양자 회로를 설계하는 방법을 배울 수 있습니다. 모멘트가 무엇인지, 다양한 삽입 전술이 이상적인 회로를 구성하는 데 어떻게 도움이 되는지 알아보십시오. 새롭고 향상된 회로를 만들기 위해 회로를 슬라이스하고 다이싱하는 방법을 배웁니다.
- 기술 제한은 회로를 최신 하드웨어에서 구현할 수 있는지 여부에 상당한 영향을 미칩니다. Google의 양자 컴퓨팅 서비스를 프로그래밍하는 방법과 이러한 제한 사항을 해결하기 위한 장치를 만드는 방법을 알아보세요.
- 파동 함수와 밀도 행렬 모두 Cirq에 시뮬레이터가 내장되어 있습니다. Monte Carlo 또는 전체 밀도 매트릭스 시뮬레이션을 사용하여 잡음이 많은 양자 채널을 해결할 수 있습니다.
- Google의 양자 프로세서에서 테스트를 실행하기 위해 Cirq는 Quantum Computing Service와 협력합니다.
2. 프로젝트Q
ETH Zurich는 오픈 소스 양자 컴퓨팅 소프트웨어 아키텍처인 ProjectQ를 만들었습니다. 강력하고 직관적인 기능을 제공합니다. 구문 사용자가 Python에서 양자 응용 프로그램을 만들 수 있습니다. 그런 다음 ProjectQ는 이러한 스크립트를 고전적인 컴퓨터 시뮬레이터든 양자 프로세서든 모든 형태의 백엔드로 변환할 수 있습니다.
그런 다음 ProjectQ는 이러한 애플리케이션을 기존 컴퓨터 시뮬레이터 또는 IBM Quantum Experience 플랫폼과 같은 양자 프로세서와 같은 모든 종류의 백엔드로 변환할 수 있습니다.
특징
- IT는 높은 수준의 프로그래밍 언어 양자 프로그램용.
- 모듈식의 적응형 컴파일러가 있습니다.
- 또한 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 백엔드를 제공합니다.
- 페르미온 문제 해결을 위한 양자 컴퓨터 라이브러리(FermiLib)
- IBM Quantum Experience 칩, AQT 장치, AWS Braket 및 IonQ 서비스 제공 장치를 모두 사용하여 양자 알고리즘을 실행할 수 있습니다.
- 더 높은 수준의 추상화에서 양자 프로그램을 에뮬레이션할 수 있습니다(예: 저수준 게이트로 컴파일하는 대신 큰 오라클의 동작 모방).
- 기존 컴퓨터에서 양자 프로그램을 시뮬레이션할 수 있습니다.
3. 텐소플로우 퀀텀
Python 프레임워크 TensorFlow Quantum(TFQ)은 양자를 위한 것입니다. 기계 학습. TFQ는 양자 알고리즘 및 기계 학습 연구원이 TensorFlow에서 직접 Google의 양자 컴퓨팅 프레임워크를 사용할 수 있도록 하는 TensorFlow 애플리케이션 프레임워크입니다.
TensorFlow Quantum은 양자 데이터와 양자-고전 하이브리드 모델 생성에 중점을 둔 프로그램입니다. Cirq가 설계한 양자 컴퓨팅 기술과 논리를 TensorFlow API 및 고성능 양자 회로 시뮬레이터와 결합합니다.
TFQ 프레임워크는 QCNN(Quantum CNN)과 같은 기존 모델과 하이브리드 모델을 모두 실행하는 데 사용할 수 있습니다. 결과적으로 TFQ는 기존 접근 방식을 사용하여 이전에 답할 수 없었던 모든 문제에 사용할 수 있습니다. 특정 실제 문제에 답하려면 TFQ로 시작하여 양자 또는 양자-고전 하이브리드 모델을 생성하십시오.
특징
- 연구원은 TFQ를 사용하여 단일 계산 네트워크에서 양자 데이터 세트, 양자 모델 및 기존 제어 매개변수를 사용하는 텐서를 생성할 수 있습니다.
- 텐서는 양자 데이터(숫자의 다차원 배열)를 저장하는 데 사용됩니다. 양자 데이터의 각 텐서는 양자 데이터를 즉석에서 생성하는 Cirq 양자 회로로 설명됩니다.
- 연구원은 Cirq를 사용하여 양자 프로토타입을 만들 수 있습니다. 신경망 나중에 TensorFlow 컴퓨팅 그래프에 포함될 것입니다.
- 수많은 양자 회로를 동시에 훈련하고 실행할 수 있는 능력은 TensorFlow Quantum의 주요 기능입니다.
4. 퍼시벨
Perceval은 빛 조작을 기반으로 하는 차세대 양자 컴퓨터 구축에 주력하는 프랑스 기업인 Perceval에서 개발한 광자 양자 컴퓨터 프로그래밍을 위한 오픈 소스 프레임워크입니다.
Perceval은 선형 광학 부품으로 회로를 구성하고, 단일 광자 소스를 정의하고, Fock 상태를 조작하고, 양자 시뮬레이션을 실행하고, 출판된 실험 논문을 재생하고, 간단한 객체 지향 Python API를 통해 차세대 양자 알고리즘을 실험하기 위한 도구를 제공합니다.
그 목표는 양자 광자 회로를 구성하기 위한 동반 도구가 되는 것입니다. 설계를 시뮬레이션 및 수정하고, 이상적 동작과 실제 동작을 모두 모델링하고, 백엔드 개념을 통해 제어하기 위한 표준화된 인터페이스를 제공하기 위한 것입니다.
HPC 클러스터에 대한 많은 개선 사항과 함께 로컬 데스크톱에서 작동하도록 최적화되었으며 광자 회로에서 양자 알고리즘의 수치 및 기호 시뮬레이션을 위한 정교한 백엔드에 대한 액세스를 제공합니다.
또한 알고리즘과 복잡한 선형 광학 회로를 생성하기 위해 다양한 조립식 구성 요소를 활용할 수 있습니다. 잘 알려진 알고리즘 라이브러리와 이를 사용하는 방법에 대한 강의를 이용할 수 있습니다.
또한 몇 줄의 코드를 사용하여 실험을 실행하여 알고리즘을 미세 조정하고 실험 데이터와 비교하고 게시된 출판물을 다시 만들 수 있습니다.
특징
- 선형 광학 및 광자 양자 컴퓨팅 전용 아키텍처
- 이 프로젝트는 커뮤니티 기여를 환영하는 모듈식 아키텍처가 있는 오픈 소스 프로젝트입니다.
- 방대한 조립식 구성 요소 라이브러리를 사용하여 알고리즘과 복잡한 선형 광학 회로를 만듭니다. 잘 알려진 알고리즘 라이브러리와 이를 사용하는 방법에 대한 강의를 이용할 수 있습니다.
- 알고리즘을 실험하여 미세 조정하고, 실험 데이터와 비교하고, 몇 줄의 코드로 기존 출판물을 복사합니다.
- 광자 회로에서 양자 알고리즘을 에뮬레이트하려면 정교한 백엔드를 사용하십시오. Perceval은 HPC 클러스터에 대한 많은 개선 사항과 함께 숫자 및 기호 성능 측면에서 로컬 데스크탑에서 실행되도록 설계되었습니다.
5. 키스킷
우리가 차세대 기술에 대해 이야기한다면 IBM이 제공할 것이 있다는 것을 알고 있습니다. 확실히 그렇습니다. 키스킷 양자 소프트웨어 개발을 위한 오픈 소스 플랫폼입니다.
Qiskit은 사용자가 더 쉽게 배울 수 있도록 하는 IBM 지원 소프트웨어 프레임워크입니다. 양자 컴퓨팅. 양자 컴퓨터는 구하기 어렵기 때문에 IBM의 Qiskit 툴킷과 같은 클라우드 공급자를 사용하여 액세스 권한을 얻을 수 있습니다.
완전히 무료이며 모든 코드는 오픈 소스. 양자 물리학의 모든 기초를 가르치는 온라인 교과서가 있어 주제에 익숙하지 않은 초보자에게 매우 유용합니다.
양자 컴퓨터는 펄스, 회로 및 응용 모듈 수준에서 사용할 수 있습니다.
특징
- 다양한 수준의 사용자가 Qiskit을 연구 및 응용 프로그램 개발에 사용할 수 있습니다. Qiskit은 완전한 양자 게이트 컬렉션과 다양한 사전 구축된 회로와 함께 제공되기 때문입니다.
- Qiskit Runtime을 사용하여 클라우드 기반 CPU, QPU 및 GPU에서 양자 응용 프로그램을 조정하고 실제 양자 프로세서에서 활동을 실행하고 예약할 수 있습니다.
- 트랜스파일러는 Qiskit 코드를 백엔드의 기본 게이트 세트를 활용하는 효율적인 회로로 변환하여 사용자가 최소 입력으로 모든 양자 프로세서 또는 아키텍처를 설계할 수 있도록 합니다.
결론
요약하자면, 양자 컴퓨터는 짧은 시간에 오늘날의 암호화 기술에 빠르게 침투할 수 있지만 현재 액세스할 수 있는 최고의 슈퍼컴퓨터는 몇 년이 걸립니다.
양자 컴퓨터가 오늘날의 많은 암호화 체계를 해독할 수 있다는 사실에도 불구하고 해킹 방지 대안을 개발할 것으로 예상됩니다. 양자 컴퓨터는 최적화 문제를 해결하는 데 환상적입니다.
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