डिजिटल बदलामुळे जग पूर्वीपेक्षा अधिक वेगाने बदलत आहे.
चकित करणारा वेग आणि सामर्थ्याने सध्याच्या प्रतिमानांमध्ये आमूलाग्र बदल करण्यास सक्षम असलेल्या तंत्रज्ञानाच्या दुसर्या ब्रँड-नवीन लहरच्या येऊ घातलेल्या आगमनाने: क्वांटम कंप्युटिंग, डिजिटल युगातील मूलभूत कल्पना समजून घेणे अधिक महत्त्वाचे होईल.
क्वांटम कॉम्प्युटिंग नावाचे एक यशस्वी तंत्र क्वांटम भौतिकशास्त्राचा वापर करून पारंपारिक संगणकांच्या व्याप्तीच्या पलीकडे असलेल्या समस्यांचे निराकरण करते.
क्वांटम सिद्धांत तत्त्वे दाखवतात की पदार्थ आणि ऊर्जा अणू आणि सबटॉमिक स्केलवर कसे वागतात आणि IBM चे Qiskit एक मुक्त-स्रोत क्वांटम सॉफ्टवेअर डेव्हलपमेंट किट आहे जे क्वांटम संगणकीय प्रणाली तयार करण्यात मदत करते.
हा लेख हे स्पष्ट करण्याचा आणि क्वांटम संगणनाचे विहंगावलोकन प्रदान करण्याचा प्रयत्न करतो.
आम्ही आमच्या वाचकांना ओपन-सोर्स क्वांटम कंप्युटिंगच्या मदतीने समजावून सांगू SDK, उदा. Qiskit आणि त्यांना वापरून एक्सप्लोर करू द्या ज्युपिटर नोटबुक आयबीएम क्वांटम लॅबमध्ये होस्ट केलेले.
क्वांटम कॉम्प्युटिंग म्हणजे काय?
क्वांटम संगणन ही कॉम्प्युटर सायन्सची एक शाखा आहे जी क्वांटम थिअरीमधील कल्पना वापरून कॉम्प्युटर तंत्रज्ञान विकसित करण्यावर लक्ष केंद्रित करते.
हे 0 आणि 1 सारख्या अनेक राज्यांमध्ये एकाच वेळी अस्तित्वात असलेल्या उपअणु कणांच्या अपवादात्मक क्षमतेचा फायदा घेते.
ते नियमित संगणकांपेक्षा खूप जास्त डेटा प्रक्रिया करण्यास सक्षम आहेत.
क्वांटम कंप्युटिंग प्रक्रियेमध्ये, ऑब्जेक्टची क्वांटम स्थिती वापरून क्यूबिट तयार केले जाते. क्वांटम कॉम्प्युटिंगमधील माहितीचे आवश्यक तुकडे म्हणजे क्यूबिट्स.
ते क्वांटम कंप्युटिंगमधील पारंपारिक संगणनामधील बिट्ससारखेच कार्य करतात, परंतु ते अगदी वेगळ्या पद्धतीने कार्य करतात. क्वांटम संगणन हे 1980 च्या दशकात उदयास आलेले क्षेत्र आहे.
मग असे आढळले की क्वांटम अल्गोरिदम त्यांच्या शास्त्रीय समकक्षांपेक्षा काही संगणक कार्ये करण्यासाठी अधिक प्रभावी आहेत.
सुपरपोझिशन आणि एन्टँगलमेंट, क्वांटम फिजिक्समधील दोन संकल्पना, ज्यावर हे सुपर कॉम्प्युटर आधारित आहेत.
पारंपारिक संगणकांच्या तुलनेत, क्वांटम संगणक सध्या मोठ्या प्रमाणात कमी उर्जेचा वापर करून मोठ्या प्रमाणात जॉब ऑर्डर करू शकतात.
क्वांटम कॉम्प्युटरचे पूर्ण आकलन होण्यासाठी आपण त्याच्या ऑपरेशनसह पुढे जाणे आवश्यक आहे. चला आता सुरुवात करूया.
क्वांटम संगणक खरोखर कसे कार्य करतो?
आपण वापरत असलेल्या पारंपारिक संगणकांच्या तुलनेत, क्वांटम संगणक समस्या सोडवण्याकडे वेगळ्या पद्धतीने संपर्क साधतात. काही कार्यांसाठी, क्वांटम संगणक अनेक प्रकारे पारंपारिक लोकांपेक्षा श्रेयस्कर आहेत.
एकाच वेळी असंख्य राज्यांमध्ये त्यांची अस्तित्वाची क्षमता कारणीभूत असल्याचे मानले जाते. दुसरीकडे, पारंपारिक संगणक एकाच वेळी एकाच स्थितीत असू शकतात.
क्वांटम कॉम्प्युटर कसे चालतात हे समजून घेण्यासाठी तुम्हाला तीन प्रमुख संकल्पना समजल्या पाहिजेत:
- सुपरपोझिशन.
- अडकवणे.
- हस्तक्षेप.
सुपरपोजिशन
बिट हे पारंपारिक संगणकाचे मूलभूत घटक आहेत. क्वांटम बिट्स किंवा क्यूबिट्स ही क्वांटम कॉम्प्युटरची मूलभूत एकके आहेत.
मूलभूतपणे, क्वांटम बिट्स वेगळ्या पद्धतीने कार्य करतात. बायनरी बिट, कधीकधी पारंपारिक बिट म्हणून ओळखले जाते, एक स्विच आहे जे एकतर 0 किंवा 1 असू शकते.
जेव्हा आम्ही त्याचे मोजमाप करतो तेव्हा आम्हाला बिटची वर्तमान स्थिती परत मिळते. क्यूबिट्स याला अपवाद आहेत. क्यूबिट्सची तुलना तीन मितींमध्ये निर्देशित करणाऱ्या बाणांशी केली जाऊ शकते.
जर ते वरच्या दिशेने निर्देशित केले तर ते 0 स्थितीत आहेत. जर त्यांनी खालच्या दिशेने निर्देशित केले तर ते 1 स्थितीत आहेत. शास्त्रीय बिट्सच्या बाबतीतही असेच आहे.
तथापि, ते सुपरपोझिशन स्थितीत असणे देखील निवडू शकतात.
बाण अशा स्थितीत असतो जिथे तो इतर कोणत्याही दिशेने निर्देशित करतो. 0 आणि 1 च्या सुपरपोझिशनचा परिणाम या स्थितीत होतो. Qubit अजूनही एकतर 1 किंवा 0 तयार करेल जेव्हा ते मोजले जाते.
तथापि, बाणाचे अभिमुखता एक संभाव्यता निर्धारित करते जी संबंधित आहे.
जर बाण प्रामुख्याने खालच्या दिशेने निर्देशित करत असेल तर तुम्हाला 1 आणि जर तो प्रामुख्याने वरच्या दिशेने निर्देशित करत असेल तर तुम्हाला 0 मिळण्याची अधिक शक्यता आहे.
बाण मध्यभागी असल्यास प्रत्येकासाठी जिंकण्याची तुम्हाला 50% संधी असेल. थोडक्यात, ते सुपरपोझिशन आहे.
Entanglement
पारंपारिक संगणकातील बिट्स एकमेकांपासून स्वतंत्र असतात. एका बिटच्या स्थितीचा दुसऱ्या बिटच्या स्थितीवर काहीही परिणाम होत नाही.
क्वांटम कॉम्प्युटरमधील क्यूबिट्स एकमेकांमध्ये अडकू शकतात. याचा अर्थ असा होतो की ते एकाच मोठ्या क्वांटम अवस्थेत विलीन होतात.
उदाहरणासाठी, दोन क्यूबिट्स विचारात घ्या जे विविध सुपरपोझिशन स्थितीत आहेत परंतु अद्याप अडकलेले नाहीत. यावेळी, त्यांची संभाव्यता एकमेकांवर अवलंबून नाही.
जेव्हा आपण त्यांना अडकवतो, तेव्हा आपण त्या स्वतंत्र संभाव्यता टाकून दिल्या पाहिजेत आणि 00, 01, 10 आणि 11 या सर्व पर्यायी अवस्थांच्या संभाव्यता निश्चित केल्या पाहिजेत.
एका क्यूबिटवरील बाणाची दिशा बदलल्यास संपूर्ण प्रणालीचे संभाव्यता वितरण बदलले जाते कारण क्यूबिट्स अडकलेले असतात.
कुबिट्सचे एकमेकांपासूनचे स्वातंत्र्य गमावले आहे. त्यापैकी प्रत्येक समान आकारमान स्थितीचा एक घटक आहे. तुमच्याकडे कितीही क्विट आहेत, तरीही हे असेच आहे.
n qubits सह क्वांटम संगणकासाठी 2n अवस्थांचे संभाव्य संयोजन आहे.
तुमच्याकडे दोन राज्यांमध्ये संभाव्यता वितरण आहे, उदाहरणार्थ, एका क्यूबिटसाठी. तुमच्याकडे दोन क्यूबिट्स इत्यादीसाठी चार राज्यांमध्ये संभाव्यता वितरण आहे. शास्त्रीय आणि क्वांटम संगणकांमधील मुख्य फरक हा आहे.
तुम्ही क्लासिक संगणक तुम्ही निवडलेल्या कोणत्याही स्थितीत ठेवू शकता, परंतु एका वेळी एकच. ती सर्व अवस्था क्वांटम संगणकावर सुपरपोझिशन म्हणून एकाच वेळी अस्तित्वात असू शकतात.
एकाच वेळी त्या सर्व राज्यांमध्ये असल्याने संगणकाचा फायदा कसा होऊ शकतो? हस्तक्षेपाचा शेवटचा घटक या टप्प्यावर प्रवेश करतो.
हस्तक्षेप
क्वांटम वेव्ह फंक्शन क्यूबिटच्या स्थितीचे वर्णन करण्यासाठी वापरले जाऊ शकते.
क्वांटम भौतिकशास्त्रातील प्रत्येक गोष्टीचे मूलभूत गणितीय वर्णन वेव्ह फंक्शन्सद्वारे प्रदान केले जाते.
जेव्हा अनेक क्यूबिट्स अडकतात तेव्हा त्यांची वैयक्तिक वेव्ह फंक्शन्स एकत्रितपणे एकत्रित केली जातात आणि एक सिंगल वेव्ह फंक्शन तयार करतात जे क्वांटम कॉम्प्यूटरच्या एकूण स्थितीचे वर्णन करतात.
हस्तक्षेप ही वेव्ह फंक्शन्स एकत्र जोडण्याचा परिणाम आहे. जेव्हा लाटा एकत्र जोडल्या जातात, तेव्हा ते रचनात्मकपणे संवाद साधतात आणि एक मोठी लाट तयार करण्यासाठी एकत्र करतात, जसे पाण्याच्या लहरी करतात.
ते एकमेकांना विरोध करण्यासाठी विनाशकारी संवाद साधू शकतात. विविध अवस्थांची वैविध्यपूर्ण संभाव्यता क्वांटम संगणकाच्या एकूण लहरी कार्याद्वारे निर्धारित केली जाते.
जेव्हा आपण क्वांटम कॉम्प्युटरचे मोजमाप करतो तेव्हा विविध क्यूबिट्सच्या अवस्था बदलून काही विशिष्ट अवस्था निर्माण होण्याची शक्यता आपण बदलू शकतो.
जरी क्वांटम संगणक एकाच वेळी राज्यांच्या अनेक सुपरपॉझिशनमध्ये अस्तित्वात असू शकतो, मोजमाप केवळ त्यापैकी एक स्थिती प्रकट करते.
म्हणून, गणनेचे काम पूर्ण करण्यासाठी क्वांटम संगणकाचा वापर करताना, योग्य उत्तर मिळण्याची शक्यता वाढवण्यासाठी रचनात्मक हस्तक्षेप आवश्यक आहे आणि चुकीचे उत्तर मिळण्याची शक्यता कमी करण्यासाठी विनाशकारी हस्तक्षेप आवश्यक आहे.
आता, Qiskit सह प्रारंभ करूया.
काय आहे किस्किट?
Qiskit हे IBM-अनुदानीत सॉफ्टवेअर फ्रेमवर्क आहे जे क्वांटम संगणन क्षेत्रात कोणालाही प्रवेश करणे सोपे करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहे.
क्वांटम संगणक मिळणे कठीण असल्यामुळे, तुम्ही क्लाउड प्रदात्याद्वारे, जसे की IBM, त्यांच्या Qiskit टूलबॉक्सचा वापर करून ते मिळवू शकता.
हे विनामूल्य उपलब्ध आहे आणि त्याचा सर्व कोड आहे मुक्त स्रोत.
एक आहे ऑनलाइन पाठ्यपुस्तक जे तुम्हाला क्वांटम फिजिक्सच्या सर्व मूलभूत गोष्टी शिकवते, जे या विषयाशी परिचित नसलेल्यांसाठी खूप उपयुक्त आहे. किस्किट टूलकिट विकसित करण्यासाठी पायथनचा वापर केला जातो.
तर, जर तुम्हाला Python प्रोग्रामिंग भाषा परिचित असेल, तर तुम्ही बरेच कोड ओळखू शकाल.
सॉफ्टवेअर फ्रेमवर्क ज्यांना इच्छा आहे त्यांच्यासाठी योग्य आहे क्वांटम संगणनाबद्दल जाणून घ्या व्यावहारिक अनुभव देखील मिळवताना.
किस्किटचा सर्वात मूलभूत पैलू म्हणजे तो दोन टप्प्यात चालतो. एक पायरी म्हणजे बांधकाम स्टेज, ज्यामध्ये आपण अनेक क्वांटम सर्किट्स तयार करतो आणि समस्या सोडवण्यासाठी त्या सर्किट्सचा वापर करतो.
त्यानंतर, बिल्डिंग स्टेज पूर्ण केल्यानंतर किंवा सोल्यूशनवर पोहोचल्यानंतर, आम्ही पुढील टप्प्यावर जाऊ, ज्याला एक्झिक्युट स्टेज म्हणून ओळखले जाते, ज्यामध्ये आम्ही आमची बिल्ड किंवा सोल्यूशन विविध बॅकएंड्समध्ये चालवण्याचा प्रयत्न करतो (स्टेट वेक्टर बॅकएंड, युनिटरी बॅकएंड, ओपन ASM बॅकएंड), आणि रन पूर्ण झाल्यानंतर, आम्ही इच्छित आउटपुटसाठी बिल्डमधील डेटावर प्रक्रिया करतो.
Qiskit सह प्रारंभ करणे
तुमच्या वैयक्तिक संगणकावर किंवा IBM होस्ट करत असलेल्या Jupyter Notebook वर, तुम्ही ते स्थानिक पातळीवर स्थापित करू शकता. विंडोज संगणकावर स्थानिक पातळीवर स्थापित करण्यासाठी खालील कोड लिहा:
एपीआय टोकन ऍक्सेस करण्यासाठी आम्हाला येथे नोंदणी करणे आवश्यक आहे जे आम्हाला IBM च्या क्वांटम डिव्हाइसेसचा वापर करण्यास सक्षम करते आणि त्यानंतर आम्ही कंपनीच्या वेबसाइटवर काम करणे सुरू करू शकतो. ऑनलाइन चालणारे Qiskit-इंस्टॉल केलेले ज्युपीटर नोटबुक वापरून तुम्ही हे करण्याची कल्पना करू शकता.
पृष्ठाच्या वरच्या उजव्या कोपर्यातील मेनूमधून तुमची प्रोफाइल निवडून, त्यानंतर खाते माहिती निवडून तुम्ही त्यात प्रवेश करू शकता. तुम्ही तुमच्या एपीआय टोकनला एपीआय टोकन वरील विभागाखाली *** या स्वरूपात शोधू शकता. ते कॉपी केले आहे आणि नंतर खालील कोडमध्ये प्रविष्ट केले आहे:
एकदा हा कोड अंमलात आणल्यानंतर, तुमचे API टोकन तुमच्या संगणकावर सेव्ह केले जाईल, ज्यामुळे तुम्हाला IBM ची क्वांटम उपकरणे वापरता येतील. तुम्हाला अशा डिव्हाइसमध्ये प्रवेश आहे की नाही हे निर्धारित करण्यासाठी खालील प्रविष्ट करा:
वर नमूद केलेला कोड चालत असल्यास, तुम्ही फक्त तुमच्या संगणकावरच नव्हे तर IBM च्या क्वांटम उपकरणांना अंगभूत क्वांटम सर्किट्स पाठवून आणि परिणाम प्राप्त करून कोड चालवण्यास सक्षम असावे.
तर, सर्किट लायब्ररी वापरून, आम्ही आमचे पहिले क्वांटम अल्गोरिदम विकसित करणे सुरू करू शकतो. आम्ही आमच्या प्रकल्पात किस्किटमधून आवश्यक अवलंबित्व आयात करून सुरुवात करतो.
त्यानंतर आम्ही दोन-क्यूबिट क्वांटम रजिस्टर आणि दोन-बिट परंपरागत रजिस्टर तयार करतो.
त्यामुळे आता आपल्याकडे शास्त्रीय आणि क्वांटम रजिस्टर दोन्ही स्थापित झाले आहेत. या दोन्हींचा वापर करून, आम्ही सर्किट तयार करू शकतो आणि सर्किटच्या संपूर्ण बदलामध्ये केव्हाही, तुम्हाला क्वांटम सर्किट कसा दिसतो हे रेखाटायचे असल्यास, खालील कोड लिहा:
आपण चित्रावरून पाहू शकतो की सर्किटमध्ये दोन क्वांटम बिट्स आणि दोन शास्त्रीय बिट्स असतात.
जसे आहे, या सर्किटमध्ये गेट्स नसल्यामुळे ते रसहीन बनते. आता क्वांटम गेट्स वापरून सर्किट बनवू. शास्त्रीय सारखे लॉजिक गेट्स (आणि, किंवा गेट्स) सामान्य डिजिटल सर्किट्ससाठी आहेत, क्वांटम गेट्स हे क्वांटम सर्किट्सचे मूलभूत घटक आहेत.
पहिल्या क्यूबिटला हडमर्ड गेट लावणे ही गुंतागुंत निर्माण करण्याची पहिली पायरी आहे. त्यानंतर, खालील कोड वापरून, आम्ही दोन-क्यूबिट नियंत्रित x ऑपरेशन जोडू:
आता हे दोन ऑपरेटर आमचे क्वांटम सर्किट तयार करण्यासाठी वापरले गेले आहेत, क्वांटम बिट्स (क्यूबिट्स) मोजण्याची, ती मोजमाप घेण्याची आणि शास्त्रीय बिट्समध्ये संग्रहित करण्याची वेळ आली आहे. ते साध्य करण्यासाठी आवश्यक कोड तयार करूया:
खालील आकृती आमच्या सर्किटचे लेआउट दर्शवते:
सर्किट नंतर पारंपारिक संगणक सिम्युलेटरवर चालवावे लागेल. सर्किट पूर्ण झाले आहे. आणि त्या अंमलबजावणीचे परिणाम तपासा.
ते सर्किट केल्यावर मिळालेली माहिती रिझल्ट व्हेरिएबलमध्ये साठवली जाते. प्लॉट हिस्टोग्राम वापरून हे परिणाम प्रदर्शित करू.
जेव्हा आपण आपले क्वांटम सर्किट चालवतो तेव्हा असेच होते. 00 आणि 11 संख्यांसाठी, आम्हाला जवळपास 50% संभाव्यता प्राप्त होते. आपले प्रारंभिक क्वांटम संगणक सर्किट तयार केले गेले. अभिनंदन!
किस्किट क्वांटम कॉम्प्युटिंगचे अनुप्रयोग
किस्किट फायनान्स
किस्किट फायनान्सद्वारे प्रात्यक्षिक साधने आणि अनुप्रयोगांचा संग्रह ऑफर केला जातो. यामध्ये पोर्टफोलिओ ऑप्टिमायझेशनसाठी Ising अनुवादक, वास्तविक किंवा यादृच्छिक डेटासाठी डेटा पुरवठादार आणि विविध आर्थिक पर्याय किंवा क्रेडिट जोखीम मूल्यांकनासाठी किंमतींची अंमलबजावणी यांचा समावेश आहे.
किस्किट निसर्ग
सारखे अनुप्रयोग प्रोटीन फोल्डिंग आणि इलेक्ट्रॉनिक/व्हायब्रोनिक रचना क्विस्किट नेचरद्वारे उत्तेजित आणि ग्राउंड दोन्ही स्थितींसाठी गणना समर्थित आहे.
हे शास्त्रीय कोड्स कनेक्ट करण्यासाठी आणि क्वांटम कॉम्प्युटरला आवश्यक असलेल्या वेगवेगळ्या प्रतिनिधित्वांमध्ये स्वयंचलितपणे रूपांतरित करण्यासाठी आवश्यक असलेले सर्व भाग प्रदान करते.
किस्किट मशीन लर्निंग
क्वांटम मशीन शिक्षण रीग्रेशन आणि वर्गीकरण यासारख्या विविध समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी त्यांचा वापर करणाऱ्या पद्धती, किस्किट मशीन लर्निंग तसेच मूलभूत क्वांटम कर्नल आणि क्वांटम न्यूरल नेटवर्क (क्यूएनएन) बिल्डिंग ब्लॉक्स म्हणून प्रदान केल्या जातात.
शास्त्रीय ऑपरेशन्समध्ये क्वांटम घटकांचा समावेश करण्याच्या उद्देशाने हे QNN चे PyTorch शी कनेक्शन सक्षम करते.
किस्किट ऑप्टिमायझेशन
Qiskit ऑप्टिमायझेशन ऑप्टिमायझेशन समस्यांचे उच्च-स्तरीय मॉडेलिंग, विविध आवश्यक प्रतिनिधित्वांमध्ये समस्यांचे स्वयंचलित भाषांतर आणि साध्या क्वांटम ऑप्टिमायझेशन पद्धतींचा संग्रह यासह ऑप्टिमायझेशन सेवांचा संपूर्ण स्पेक्ट्रम ऑफर करते.
निष्कर्ष
शेवटी, सध्या उपलब्ध असलेल्या सर्वात वेगवान सुपरकॉम्प्युटरला अनेक वर्षे लागतात, परंतु क्वांटम संगणक सध्याच्या एन्क्रिप्शन पद्धतींमधून वेगाने खंडित होऊ शकतात.
क्वांटम संगणक आज वापरल्या जाणार्या अनेक एन्क्रिप्शन तंत्रांना तोडण्यास सक्षम असतील हे असूनही, ते हॅक-प्रूफ पर्याय तयार करतील असा अंदाज आहे.
समस्यांना अनुकूल करणे ही क्वांटम संगणकाची ताकद आहे. अधिक तपशीलांसाठी, कृपया किस्किटला भेट द्या GitHub.
प्रत्युत्तर द्या