Kvantinė kompiuterija yra nauja technologija, kuri naudoja kvantinę fiziką problemoms, kurių tradiciniai kompiuteriai nepajėgia, spręsti.
Daugelis kompanijų dabar bando padaryti tikrąją kvantinę aparatinę įrangą prieinamą dešimčiai tūkstančių kūrėjų – įrankį, apie kurį mokslininkai tik svajojo prieš tris dešimtmečius.
Todėl mūsų inžinieriai dažnai diegia vis galingesnius superlaidžius kvantinius kompiuterius, priartindami mus prie kvantinio skaičiavimo greičio ir pajėgumo, reikalingo pakeisti pasaulį.
Šiame įraše pažvelgsime atidžiau Kvantinė kompiuterija ir su juo susijusius įrankius bei sistemas, taip pat kur jie bus 2022 m.
Kas yra kvantinė kompiuterija?
Šie superkompiuteriai yra sukurti remiantis superpozicijos ir įsipainiojimo principais, kurie yra du kvantinės fizikos aspektai. Kvantiniai kompiuteriai dabar gali atlikti užduotis daug greičiau nei tradiciniai kompiuteriai, naudojant daug mažiau energijos.
Devintajame dešimtmetyje atsirado kvantinės kompiuterijos sritis. Tada paaiškėjo, kad kvantiniai algoritmai sprendžiant tam tikras kompiuterio užduotis buvo efektyvesni už įprastinius ekvivalentus.
Kvantinė kompiuterija yra kompiuterių mokslo disciplina, kurioje pagrindinis dėmesys skiriamas kompiuterinių technologijų, pagrįstų kvantinės teorijos koncepcijomis, pažangai. Jis išnaudoja nepaprastą subatominių dalelių gebėjimą vienu metu egzistuoti keliose būsenose, pavyzdžiui, 0 ir 1. Jos gali apdoroti daug daugiau duomenų nei įprasti kompiuteriai.
Elemento kvantinė būsena naudojama kvantinio skaičiavimo operacijose sukurti kubitą. Kubitai yra pagrindiniai kvantinio skaičiavimo duomenų vienetai. Kvantiniame skaičiavime jie atlieka tą patį darbą, kurį bitai atlieka įprastuose skaičiavimuose, tačiau elgiasi gana skirtingai.
Tradiciniai bitai yra dvejetainiai ir gali išlaikyti tik 0 arba 1 padėtį, o kubitai gali apimti visų galimų būsenų superpoziciją.
Geriausi kvantinio skaičiavimo sistemos
1. Cirkas
„Cirq“ sukūrė „Google“ Quantum AI komanda. Jis naudojamas kuriant ir tobulinant kvantines grandines, kurios vėliau išbandomos kvantiniuose kompiuteriuose ir treniruokliuose. „Cirq“ yra fantastiškas, nes siūlo kūrimo simuliatorius, kurie yra gana panašūs į tuos, kurie matomi realiame gyvenime.
Tai reiškia, kad biblioteka dirba su NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) aparatinės įrangos detalėmis, kad galėtume būti tikri, kad algoritmas arba grandinė gali būti paleisti tikrame kvantiniame kompiuteryje, kai jis bus baigtas.
Dėl to jis gali būti išnaudotas kuriant prisitaikančias ir dislokuojamas kvantines grandines. Jis taip pat turi sąveikos funkcijų. Pavyzdžiui, programinė įranga, importuojanti ir eksportuojanti kvantines grandines ir modeliavimą.
Atvirojo kodo kvantinių kompiuterių programavimo sistema. Cirq yra a Pitonas programinės įrangos paketas, leidžiantis kurti, valdyti ir optimizuoti kvantines grandines prieš jas vykdant kvantiniuose kompiuteriuose ir treniruokliuose.
„Cirq“ yra efektyvi abstrakcija, skirta šiuolaikiniams triukšmingiems vidutinio masto kvantiniams kompiuteriams, kur techninės įrangos reikalavimai yra labai svarbūs norint pasiekti pažangiausių rezultatų.
Savybės
- Iš vartų, veikiančių naudojant kubitus, galite sužinoti, kaip kurti kvantines grandines. Sužinokite, kas yra akimirka ir kaip įvairios įterpimo taktikos gali padėti jums sukurti idealią grandinę. Sužinokite, kaip pjaustyti grandines, kad sukurtumėte naujas ir patobulintas grandines.
- Technologijų apribojimai turi didelę įtaką tam, ar grandinė gali būti įdiegta šiuolaikinėje aparatinėje įrangoje. Sužinokite, kaip programuoti „Google“ kvantinio skaičiavimo paslaugą ir kaip sukurti įrenginius, kad būtų pašalinti šie apribojimai.
- Tiek bangų funkcijos, tiek tankio matricos turi Cirq įmontuotus simuliatorius. Triukšmingiems kvantiniams kanalams spręsti galima naudoti Monte Karlo arba viso tankio matricos modeliavimą.
- Kad galėtų atlikti „Google“ kvantinių procesorių bandymus, „Cirq“ bendradarbiauja su „Quantum Computing Service“.
2. ProjectQ
ETH Ciurich sukūrė ProjectQ, atvirojo kodo kvantinio skaičiavimo programinės įrangos architektūrą. Tai suteikia tvirtą ir paprastą sintaksė kad vartotojai galėtų kurti kvantines programas Python. Tada „ProjectQ“ gali konvertuoti šiuos scenarijus į bet kokios formos vidinę įrangą, nesvarbu, ar tai klasikinis kompiuterio simuliatorius, ar kvantinis procesorius.
Tada „ProjectQ“ gali konvertuoti šias programas į bet kokias galines sistemas, tokias kaip klasikinis kompiuterio simuliatorius arba kvantinis procesorius, pvz., „IBM Quantum Experience“ platforma.
Savybės
- IT yra aukšto lygio programavimo kalba kvantinėms programoms.
- Jis turi modulinį ir pritaikomą kompiliatorių.
- Ji taip pat siūlo daugybę techninės ir programinės įrangos užpakalinių sistemų.
- Kvantinė kompiuterinė biblioteka (FermiLib), skirta fermioninėms problemoms spręsti
- „IBM Quantum Experience“ lustas, AQT įrenginiai, „AWS Braket“ ir „IonQ“ paslaugų įrenginiai gali būti naudojami kvantiniams algoritmams vykdyti.
- Esant aukštesniam abstrakcijos lygiui, kvantines programas galima emuliuoti (pvz., imituoti didelių orakulų veikimą, o ne kompiliuoti juos į žemo lygio vartus).
- Klasikiniuose kompiuteriuose kvantines programas galima imituoti.
3. Tensoflow Quantum
„Python“ sistema „TensorFlow Quantum“ (TFQ) skirta kvantams mašininis mokymasis. TFQ yra „TensorFlow“ taikomųjų programų sistema, leidžianti kvantinių algoritmų ir mašininio mokymosi tyrėjams naudoti „Google“ kvantinio skaičiavimo sistemas tiesiai iš „TensorFlow“.
„TensorFlow Quantum“ yra programa, kurioje pagrindinis dėmesys skiriamas kvantiniams duomenims ir kvantinių klasikinių hibridinių modelių kūrimui. Jis sujungia Cirq sukurtus kvantinio skaičiavimo metodus ir logiką su TensorFlow API, taip pat didelio našumo kvantinės grandinės treniruoklius.
TFQ sistema gali būti naudojama paleisti tiek tradicinius, tiek hibridinius modelius, tokius kaip Quantum CNN (QCNN). Dėl to TFQ galima naudoti bet kuriai problemai, į kurią anksčiau nebuvo įmanoma atsakyti naudojant tradicinius metodus. Norėdami atsakyti į tam tikras realaus pasaulio problemas, pradėkite nuo TFQ, kad sukurtumėte kvantinius arba kvantinius klasikinius hibridinius modelius.
Savybės
- Tyrėjai gali naudoti TFQ kurdami tenzorius, naudodami kvantinius duomenų rinkinius, kvantinius modelius ir įprastus valdymo parametrus viename skaičiavimo tinkle.
- Tenzoriai naudojami kvantiniams duomenims saugoti (daugiamatis skaičių masyvas). Kiekvienas kvantinių duomenų tenzorius apibūdinamas kaip Cirq kvantinė grandinė, kuri sukuria kvantinius duomenis.
- Tyrėjas gali naudoti Cirq kvanto prototipui kurti neuroninis tinklas kuris vėliau bus įtrauktas į TensorFlow skaičiavimo grafiką.
- Galimybė vienu metu treniruoti ir vykdyti daugybę kvantinių grandinių yra pagrindinė „TensorFlow Quantum“ savybė.
4. Percevel
Perceval yra atvirojo kodo sistema, skirta fotoniniams kvantiniams kompiuteriams programuoti, kurią sukūrė Perceval – Prancūzijos įmonė, kuri daugiausia dėmesio skiria naujos kartos kvantinių kompiuterių, pagrįstų manipuliavimu šviesa, kūrimu.
Perceval siūlo įrankius, skirtus sudaryti grandines iš tiesinių optinių komponentų, apibrėžti vieno fotono šaltinius, manipuliuoti Fock būsenomis, vykdyti kvantinius modeliavimus, atkurti paskelbtus eksperimentinius straipsnius ir eksperimentuoti su naujos kartos kvantiniais algoritmais per paprastą objektą orientuotą Python API.
Jos tikslas yra būti pagalbiniu įrankiu kuriant kvantines fotonines grandines – modeliuojant ir tobulinant jų dizainą, modeliuojant idealų ir faktinį elgesį ir siūlome standartizuotą sąsają, skirtą jas valdyti naudojant užpakalinių sistemų sąvoką.
Jis optimizuotas veikti vietiniame darbalaukyje su daugybe patobulinimų, skirtų HPC klasteriams, ir suteikia prieigą prie sudėtingų užpakalinių programų, skirtų skaitmeniniam ir simboliniam kvantinių algoritmų modeliavimui fotoninėse grandinėse.
Taip pat galite naudoti daugybę surenkamų komponentų, kad sukurtumėte algoritmus ir sudėtingas tiesinės optikos grandines. Yra prieinama gerai žinomų algoritmų biblioteka, taip pat pamokos, kaip jais naudotis.
Taip pat galite naudoti kelias kodo eilutes, kad atliktumėte eksperimentus, kad patikslintumėte algoritmus, palygintumėte su eksperimentiniais duomenimis ir atkurtumėte paskelbtus leidinius.
Savybės
- Vienetinė architektūra, skirta tiesinei optikai ir fotoniniam kvantiniam skaičiavimui
- Projektas yra atvirojo kodo projektas su moduline architektūra, kuris sveikina bendruomenės indėlį.
- Naudodami didžiulę surenkamų komponentų biblioteką kurkite algoritmus ir sudėtingas tiesinės optikos grandines. Yra prieinama gerai žinomų algoritmų biblioteka, taip pat pamokos, kaip jais naudotis.
- Eksperimentuokite su algoritmais, kad juos tiksliai suderintumėte, palygintumėte su eksperimentiniais duomenimis ir nukopijuokite esamas publikacijas keliomis kodo eilutėmis.
- Norėdami emuliuoti kvantinius algoritmus fotoninėse grandinėse, naudokite sudėtingas pagrindines programas. Perceval sukurtas veikti vietiniame darbalaukyje tiek skaitmeninio, tiek simbolinio našumo požiūriu, su daugybe patobulinimų, skirtų HPC klasteriams.
5. Qiskit
Žinome, kad jei kalbame apie naujos kartos technologijas, IBM turės ką pasiūlyti. Tikrai taip. QisKit yra atvirojo kodo platforma kvantinei programinei įrangai kurti.
„Qiskit“ yra IBM finansuojama programinės įrangos sistema, kuri leidžia vartotojams lengviau sužinoti apie tai Kvantinė kompiuterija. Kadangi kvantinius kompiuterius sunku įsigyti, norėdami gauti prieigą prie jo galite naudoti debesies tiekėją, pvz., IBM Qiskit įrankių rinkinį.
Juo naudotis visiškai nemokama, o visas kodas yra atviro kodo. Yra internetinis vadovėlis, kuriame mokoma visų kvantinės fizikos pagrindų, o tai labai naudinga pradedantiesiems, kurie nėra susipažinę su šia tema.
Kvantiniai kompiuteriai gali būti naudojami impulsų, grandinių ir taikomųjų modulių lygiu.
Savybės
- Įvairių lygių vartotojai gali naudoti „Qiskit“ tyrimams ir taikomųjų programų kūrimui, nes joje yra visa kvantinių vartų kolekcija ir daugybė iš anksto sukurtų grandinių.
- Galite naudoti Qiskit Runtime, kad koordinuotumėte kvantines programas debesies pagrindu veikiančiuose CPU, QPU ir GPU, taip pat vykdytumėte ir planuotumėte veiklą tikruose kvantiniuose procesoriuose.
- Transpileris konvertuoja „Qiskit“ kodą į efektyvią grandinę, naudodamas vidinį užpakalinės sistemos vartų rinkinį, leidžiantį vartotojams kurti bet kokį kvantinį procesorius ar architektūrą su minimaliomis įvestimis.
Išvada
Apibendrinant galima pasakyti, kad kvantiniai kompiuteriai gali greitai įsiskverbti į šiandienos šifravimo metodus per trumpą laiką, o didžiausias prieinamas superkompiuteris užtrunka kelerius metus.
Nepaisant to, kad kvantiniai kompiuteriai galės nulaužti daugelį šiandieninių šifravimo schemų, tikimasi, kad jie sukurs nuo įsilaužimo apsaugotas alternatyvas. Kvantiniai kompiuteriai puikiai sprendžia optimizavimo problemas.
Palikti atsakymą