Inhaltsverzeechnes[Verstoppen][Show]
Quantecomputer ass eng nei Technologie déi d'Quantephysik benotzt fir Themen unzegoen déi iwwer d'Fäegkeete vun traditionelle Computere sinn.
Vill Firmen probéieren elo tatsächlech Quantenhardware fir Zéngdausende vun Entwéckler verfügbar ze maachen, en Tool dat d'Wëssenschaftler eréischt virun ongeféier dräi Joerzéngte gedreemt hunn.
Als Resultat setzen eis Ingenieuren dacks ëmmer méi mächteg superleitend Quantecomputer aus, bréngen eis méi no un d'Quanteberechengeschwindegkeet a Kapazitéit déi néideg ass fir d'Welt z'änneren.
An dësem Post wäerte mir e méi genau kucken Quanten Informatik an d'Tools a Kaderen, déi domat passéieren, wéi och wou se am Joer 2022 wäerte sinn.
Wat ass Quantum Computing?
Dës Supercomputer sinn op d'Prinzipien vun der Superpositioun an der Entanglement gebaut, déi zwee Aspekter vun der Quantephysik sinn. Quantecomputer kënnen elo Aufgaben mat Tariffer maachen, déi Uerder vun der Gréisst méi séier sinn wéi traditionell Computeren wärend se vill manner Energie benotzen.
An den 1980er Joren ass d'Gebitt vum Quantecomputer entstanen. Duerno gouf opgedeckt datt Quantenalgorithmen méi effizient waren wéi hir konventionell Äquivalente fir verschidde Computeraufgaben ze léisen.
Quantecomputer ass eng Disziplin vun der Informatik déi sech op de Fortschrëtt vun der Computertechnologie konzentréiert baséiert op Quantetheorie Konzepter. Et benotzt déi aussergewéinlech Fäegkeet vun subatomesche Partikelen, fir a verschiddene Staaten gläichzäiteg ze existéieren, wéi 0 an 1. Si si fäeg däitlech méi Daten ze veraarbecht wéi normal Computeren.
De Quantezoustand vun engem Element gëtt benotzt fir e Qubit a Quantecomputer Operatiounen ze kreéieren. Qubits sinn déi fundamental Dateenheete vu Quanteberechenung. Am Quantecomputer déngen se déiselwecht Aarbecht déi Bits am gewéinleche Rechen maachen, awer si behuelen sech ganz anescht.
Traditionell Bits si binär a kënnen nëmmen eng Positioun vun 0 oder 1 behalen, wärend Qubits eng Superpositioun vun all méigleche Staaten enthalen.
Beschte Frameworks fir Quantum Computing
1. Circq
Cirq gouf vum Google Quantum AI Team gebaut. Et gëtt benotzt fir Quantekreesser ze designen an ze verbesseren, déi dann op Quantecomputer a Simulatoren getest ginn. Cirq ass fantastesch well et Entwécklungssimulatoren ubitt déi zimlech ähnlech sinn wéi déi am richtege Liewen gesi ginn.
Dëst implizéiert datt d'Bibliothéik säi Wee duerch d'Hardware Detailer ronderëm NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) schafft, sou datt mir sécher kënne sinn datt den Algorithmus oder de Circuit op engem richtege Quantecomputer lafen kann nodeems se fäerdeg ass.
Als Resultat huet et d'Potenzial fir exploitéiert ze ginn fir adaptiv an deployable Quantekreesser ze kreéieren. Et huet och Interoperabilitéitsfeatures. Eng Software déi Quantekreesser a Simulatioune importéiert an exportéiert, zum Beispill.
E Kader fir Quantecomputer ze programméieren déi Open-Source sinn. Cirq ass a Python Software Package deen Iech erlaabt Quantekreesser ze kreéieren, ze manipuléieren an ze optimiséieren ier Dir se op Quantecomputer a Simulatoren ausféiert.
Cirq ass eng effizient Abstraktioun fir den haitegen Kaméidi Zwëschenzäit-Skala Quantecomputer ze këmmeren, wou Hardware Ufuerderunge kritesch sinn fir opzedeelen Resultater z'erreechen.
Eegeschaften
- Vun Paarte, déi op Qubits operéieren, kënnt Dir léiere wéi Dir Quantekreesser designt. Léiert wat e Moment ass a wéi verschidde Inserttaktiken Iech hëllefe bei der Konstruktioun vun Ärem ideale Circuit. Léiert wéi Dir Circuiten schneiden an Wierfel fir nei a verbessert Circuiten ze kreéieren.
- Technologie Restriktiounen hunn e wesentlechen Afloss op ob e Circuit op zäitgenëssesch Hardware implementéiert ka ginn oder net. Léiert wéi Dir de Google Quantum Computing Service programméiert a wéi Dir Geräter erstellt fir dës Aschränkungen unzegoen.
- Béid Wellefunktiounen an Dichtmatrix hunn agebaute Simulatoren am Cirq. Monte Carlo oder Volldicht Matrix Simulatioune kënne benotzt ginn fir lauter Quantekanäl unzegoen.
- Fir Tester op Google Quanteprozessoren auszeféieren, schafft Cirq mam Quantum Computing Service zesummen.
2. Projet Q
ETH Zürich erstallt ProjectQ, eng Open-Source Quantecomputer Software Architektur. Et bitt eng robust an einfach Syntax fir Benotzer fir Quantenapplikatiounen am Python ze kreéieren. ProjectQ kann dann dës Scripten an all Form vu Back-End konvertéieren, egal ob et e klassesche Computersimulator oder e Quanteprozessor ass.
ProjectQ kann dann dës Applikatiounen an all Zort vun Back-ends konvertéieren, sou wéi e klassesche Computersimulator oder e Quanteprozessor, wéi d'IBM Quantum Experience Plattform.
Eegeschaften
- IT ass en héijen Niveau Programméierungssäit fir Quanteprogrammer.
- Et huet e modulären an adaptéierbare Compiler.
- Et bitt och eng Rei vun Hardware a Software Backends.
- Eng Quantecomputerbibliothéik (FermiLib) fir fermionesch Themen ze léisen
- Den IBM Quantum Experience Chip, AQT Apparater, AWS Braket, an IonQ Service geliwwert Geräter kënnen all benotzt ginn fir Quantenalgorithmen auszeféieren.
- Op engem méi héijen Abstraktiounsniveau kënne Quanteprogrammer emuléiert ginn (zB d'Aktioun vu groussen Orakelen mimikéieren anstatt se op niddereg-Niveau Paarte ze kompiléieren)
- Op klassesche Computere kënne Quanteprogrammer simuléiert ginn.
3. Tensoflow Quantum
De Python Kader TensorFlow Quantum (TFQ) ass fir Quantephysik Maschinn léieren. TFQ ass en TensorFlow Applikatiounskader deen de Quantenalgorithmus a Maschinnléiere Fuerscher erlaabt Google Quantecomputer Kaderen direkt vum TensorFlow ze benotzen.
TensorFlow Quantum ass e Programm dee sech op Quantendaten an d'Schafung vu quantumklassesche Hybridmodeller konzentréiert. Et kombinéiert Cirq-entworf Quantecomputer Techniken a Logik mat TensorFlow APIs, souwéi héich-Performance Quante Circuit Simulatoren.
Den TFQ Kader ka benotzt ginn fir souwuel traditionell wéi och Hybrid Modeller ze lafen, wéi Quantum CNN (QCNN). Als Resultat kann TFQ fir all Problem benotzt ginn, dee virdru onméiglech war mat traditionelle Approche ze beäntweren. Fir bestëmmte Real-Welt Problemer ze beäntweren, fänkt mat TFQ un fir Quanten- oder Quante-klassesch Hybridmodeller ze kreéieren.
Eegeschaften
- Fuerscher kënnen TFQ benotzen fir Tensoren ze kreéieren mat Quantedatesätz, Quantemodeller, a konventionell Kontrollparameter an engem eenzegen computationalen Netzwierk.
- Tensore gi benotzt fir Quantendaten ze späicheren (eng multidimensional Array vun Zuelen). All Tensor vu Quantendaten gëtt als Cirq Quantekrees beschriwwen, deen Quantendaten op der Flucht erstellt.
- De Fuerscher kann Cirq benotze fir e Quanteprototyp ze maachen neural Netz dat gëtt spéider an enger TensorFlow Rechengrafik abegraff.
- D'Kapazitéit fir gläichzäiteg vill Quantekreesser ze trainéieren an auszeféieren ass eng wichteg Feature vum TensorFlow Quantum.
4. Percevel
Perceval ass en Open-Source Kader fir Fotonesch Quantecomputer ze programméieren, entwéckelt vum Perceval, e franséische Geschäft, deen sech fokusséiert fir eng nei Generatioun vu Quantecomputer ze bauen baséiert op Liichtmanipulatioun.
Perceval bitt Tools fir Circuiten aus linear opteschen Komponenten ze komponéieren, Single-Photon Quellen ze definéieren, Fock Staaten ze manipuléieren, Quantesimulatiounen ze lafen, publizéiert experimentell Pabeieren ze reproduzéieren an ze experimentéieren mat enger neier Generatioun vu Quantenalgorithmen duerch eng einfach objektorientéiert Python API.
Säin Zil ass e Begleederinstrument ze sinn fir Quantefotonesch Circuiten ze konstruéieren - fir hiren Design ze simuléieren an ze verfeineren, souwuel ideal an aktuellt Verhalen ze modelléieren, an e standardiséierte Interface ze bidden fir se iwwer d'Notioun vu Backends ze kontrolléieren.
Et ass optimiséiert fir op engem lokalen Desktop ze bedreiwen, mat ville Verbesserunge fir HPC Cluster, a bitt Zougang zu sophistikéierte Backends fir numeresch a symbolesch Simulatioun vu Quantenalgorithmen op photonesche Circuiten.
Dir kënnt och eng grouss Zuel vu prefabrizéierte Komponenten benotzen fir Algorithmen a komplizéiert linear Optikkreesser ze kreéieren. Eng Bibliothéik vu bekannte Algorithmen ass zougänglech, souwéi Lektioune wéi se se benotzen.
Dir kënnt och e puer Zeilen Code benotze fir Experimenter auszeféieren fir Algorithmen ze feinstëmmen, mat experimentellen Donnéeën ze vergläichen a publizéiert Publikatiounen nei ze kreéieren.
Eegeschaften
- Eng eenzegaarteg Architektur gewidmet ganz fir linear Optik a photonesch Quanteberechenung
- De Projet ass en Open-Source Projet mat enger modulärer Architektur déi Gemeinschaftsbäiträg begréisst.
- Mat enger riseger Bibliothéik vu prefabrizéierten Komponenten erstellen Algorithmen a komplizéiert linear Optikkreesser. Eng Bibliothéik vu bekannte Algorithmen ass zougänglech, souwéi Lektioune wéi se se benotzen.
- Experimentéiere mat Algorithmen fir se ze feinstëmmen, vergläicht se mat experimentellen Donnéeën, a kopéiert existent Publikatiounen an e puer Zeilen Code.
- Fir Quantenalgorithmen op photonesche Circuiten ze emuléieren, benotzt sophistikéiert Backends. Perceval ass entwéckelt fir op engem lokalen Desktop ze lafen a punkto numeresch a symbolesch Leeschtung, mat ville Verbesserunge fir HPC Cluster.
5. Qiskit
Mir wëssen datt wa mir vun der nächster Generatioun Technologie schwätzen, IBM eppes ze bidden huet. Et mécht sécherlech. QisKit ass eng Open Source Plattform fir Quantesoftware z'entwéckelen.
Qiskit ass en IBM-finanzéiert Software Kader deen et méi einfach mécht fir d'Benotzer ze léieren Quanten Informatik. Well Quantecomputer schwéier ze kommen sinn, kënnt Dir e Cloud Provider wéi IBM's Qiskit Toolkit benotzen fir Zougang zu engem ze kréien.
Et ass komplett gratis ze benotzen, an all Code ass Open Source. Et gëtt en Online Léierbuch dat Iech all d'Grondlage vun der Quantephysik léiert, wat ganz nëtzlech ass fir Ufänger déi net mat dësem Thema vertraut sinn.
Quantecomputer kënnen um Niveau vun Impulser, Circuiten, an Uwendungsmoduler benotzt ginn.
Eegeschaften
- D'Benotzer vu verschiddenen Niveauen kënnen Qiskit fir Fuerschung an Applikatiounsentwécklung benotzen, well et mat enger kompletter Sammlung vu Quantepaart an enger Rei vu pre-gebaute Circuiten kënnt.
- Dir kënnt Qiskit Runtime benotze fir Quantenapplikatiounen op Cloud-baséiert CPUs, QPUs a GPUs ze koordinéieren, souwéi Aktivitéiten op aktuellen Quanteprozessoren ze lafen an ze plangen.
- Den Transpiler konvertéiert Qiskit Code an en effiziente Circuit deen den nativen Gate-Set vum Backend benotzt, wat d'Benotzer erlaabt fir all Quanteprozessor oder Architektur mat minimalen Inputen ze designen.
Konklusioun
Fir ze resuméieren, Quantecomputer kënne séier an d'haut Verschlësselungstechniken a kuerzer Zäit penetréieren, wärend de gréisste Supercomputer, deen elo zougänglech ass, Joer dauert.
Trotz der Tatsaach datt Quantecomputer fäeg sinn vill vun den haitegen Verschlësselungsschemaen ze knacken, gëtt erwaart datt se hackbeständeg Alternativen entwéckelen. Quantecomputer si fantastesch fir Optimisatiounsprobleemer unzegoen.
Hannerlooss eng Äntwert