क्वांटम कॉम्प्युटिंग हे एक नवीन तंत्रज्ञान आहे जे पारंपारिक संगणकांच्या क्षमतेच्या पलीकडे असलेल्या समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी क्वांटम भौतिकशास्त्र वापरते.
बर्याच कंपन्या आता हजारो विकसकांना वास्तविक क्वांटम हार्डवेअर उपलब्ध करून देण्याचा प्रयत्न करत आहेत, हे साधन जे शास्त्रज्ञांनी फक्त तीन दशकांपूर्वी स्वप्नात पाहिले होते.
परिणामी, आमचे अभियंते वारंवार वाढत्या शक्तिशाली सुपरकंडक्टिंग क्वांटम कॉम्प्युटर तैनात करत आहेत, ज्यामुळे आम्हाला क्वांटम कॉम्प्युटिंग गती आणि जग बदलण्यासाठी आवश्यक क्षमतेच्या जवळ येत आहे.
या पोस्टमध्ये, आम्ही जवळून पाहू क्वांटम संगणन आणि त्यासोबत जाणारी साधने आणि फ्रेमवर्क तसेच ते 2022 मध्ये कुठे असतील.
क्वांटम कॉम्प्युटिंग म्हणजे काय?
हे सुपरकॉम्प्युटर सुपरपोझिशन आणि एन्टँगलमेंटच्या तत्त्वांवर बनवलेले आहेत, जे क्वांटम भौतिकशास्त्राचे दोन पैलू आहेत. क्वांटम संगणक आता कमी उर्जा वापरून पारंपारिक संगणकांपेक्षा वेगाने कार्ये करू शकतात.
1980 च्या दशकात क्वांटम कॉम्प्युटिंगचे क्षेत्र उद्भवले. मग असे दिसून आले की क्वांटम अल्गोरिदम काही संगणक कार्ये सोडवण्यासाठी त्यांच्या पारंपारिक समकक्षांपेक्षा अधिक कार्यक्षम आहेत.
क्वांटम संगणन ही संगणक विज्ञानाची एक शाखा आहे जी क्वांटम सिद्धांत संकल्पनांवर आधारित संगणक तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीवर लक्ष केंद्रित करते. हे ० आणि १ सारख्या एकाच वेळी अनेक राज्यांमध्ये अस्तित्वात असलेल्या उपअणु कणांच्या विलक्षण क्षमतेचा वापर करते. ते सामान्य संगणकांपेक्षा बर्याच प्रमाणात डेटावर प्रक्रिया करण्यास सक्षम आहेत.
क्वांटम कॉम्प्युटिंग ऑपरेशन्समध्ये क्यूबिट तयार करण्यासाठी आयटमची क्वांटम स्थिती वापरली जाते. Qubits हे क्वांटम संगणनाचे मूलभूत डेटा युनिट्स आहेत. क्वांटम कॉम्प्युटिंगमध्ये, ते सामान्य संगणनामध्ये बिट्स जे काम करतात तेच काम करतात, परंतु ते अगदी वेगळ्या पद्धतीने वागतात.
पारंपारिक बिट्स बायनरी असतात आणि ते फक्त 0 किंवा 1 चे स्थान राखू शकतात, तर क्यूबिट्समध्ये सर्व संभाव्य अवस्थांचा समावेश असू शकतो.
क्वांटम कॉम्प्युटिंगसाठी सर्वोत्तम फ्रेमवर्क
1. सिर्क
Cirq हे Google च्या Quantum AI टीमने तयार केले आहे. हे क्वांटम सर्किट्स डिझाइन आणि सुधारण्यासाठी वापरले जाते जे नंतर क्वांटम संगणक आणि सिम्युलेटरवर तपासले जातात. Cirq विलक्षण आहे कारण ते विकास सिम्युलेटर ऑफर करते जे वास्तविक जीवनात पाहिलेल्यासारखेच आहे.
याचा अर्थ असा होतो की लायब्ररी NISQ (नॉइझी इंटरमीडिएट-स्केल क्वांटम) च्या आजूबाजूच्या हार्डवेअर तपशीलांद्वारे कार्य करते जेणेकरुन आम्ही खात्री बाळगू शकतो की अल्गोरिदम किंवा सर्किट पूर्ण झाल्यानंतर वास्तविक क्वांटम संगणकावर चालवले जाऊ शकते.
परिणामी, अनुकूली आणि उपयोजित क्वांटम सर्किट्स तयार करण्यासाठी शोषण करण्याची क्षमता आहे. यात इंटरऑपरेबिलिटी फीचर्स देखील आहेत. एक सॉफ्टवेअर जे क्वांटम सर्किट्स आणि सिम्युलेशन आयात आणि निर्यात करते, उदाहरणार्थ.
ओपन सोर्स असलेल्या क्वांटम कॉम्प्युटर प्रोग्रामिंगसाठी फ्रेमवर्क. Cirq आहे a python ला सॉफ्टवेअर पॅकेज जे तुम्हाला क्वांटम कॉम्प्युटर आणि सिम्युलेटरवर कार्यान्वित करण्यापूर्वी क्वांटम सर्किट्स तयार करण्यास, हाताळण्यासाठी आणि ऑप्टिमाइझ करण्याची परवानगी देते.
Cirq हे आजच्या गोंगाटयुक्त इंटरमीडिएट-स्केल क्वांटम संगणकांना हाताळण्यासाठी एक कार्यक्षम अॅब्स्ट्रॅक्शन आहे, जेथे अत्याधुनिक परिणाम प्राप्त करण्यासाठी हार्डवेअर आवश्यकता महत्त्वपूर्ण आहेत.
वैशिष्ट्ये
- क्यूबिट्सवर चालणाऱ्या गेट्सवरून, तुम्ही क्वांटम सर्किट्स कसे डिझाइन करावे हे शिकू शकता. एक क्षण म्हणजे काय आणि तुमची आदर्श सर्किट तयार करण्यासाठी विविध इन्सर्टेशन युक्त्या तुम्हाला कशी मदत करू शकतात ते जाणून घ्या. नवीन आणि सुधारित सर्किट्स तयार करण्यासाठी सर्किट्सचे तुकडे आणि फासे कसे करावे ते शिका.
- समकालीन हार्डवेअरवर सर्किट लागू केले जाऊ शकते की नाही यावर तंत्रज्ञानाच्या निर्बंधांचा महत्त्वपूर्ण प्रभाव आहे. Google ची क्वांटम कॉम्प्युटिंग सेवा कशी प्रोग्राम करायची आणि या मर्यादांचे निराकरण करण्यासाठी डिव्हाइसेस कसे तयार करायचे ते जाणून घ्या.
- दोन्ही वेव्ह फंक्शन्स आणि डेन्सिटी मॅट्रिक्समध्ये Cirq मध्ये अंगभूत सिम्युलेटर आहेत. मोंटे कार्लो किंवा पूर्ण घनता मॅट्रिक्स सिम्युलेशनचा वापर गोंगाटयुक्त क्वांटम चॅनेल हाताळण्यासाठी केला जाऊ शकतो.
- Google च्या क्वांटम प्रोसेसरवर चाचण्या करण्यासाठी, Cirq क्वांटम कॉम्प्युटिंग सेवेशी सहयोग करते.
2. प्रोजेक्टक्यू
ETH झुरिचने ProjectQ तयार केले, एक ओपन-सोर्स क्वांटम कॉम्प्युटिंग सॉफ्टवेअर आर्किटेक्चर. हे एक मजबूत आणि सरळ प्रदान करते मांडणी Python मध्ये क्वांटम ऍप्लिकेशन्स तयार करण्यासाठी वापरकर्त्यांसाठी. प्रोजेक्टक्यू नंतर या स्क्रिप्ट्सना कोणत्याही बॅक-एंडमध्ये रूपांतरित करू शकते, मग ते शास्त्रीय संगणक सिम्युलेटर असो किंवा क्वांटम प्रोसेसर.
प्रोजेक्टक्यू नंतर हे ऍप्लिकेशन्स कोणत्याही प्रकारच्या बॅक-एंड्समध्ये रूपांतरित करू शकते, जसे की शास्त्रीय संगणक सिम्युलेटर किंवा क्वांटम प्रोसेसर, जसे की IBM क्वांटम एक्सपिरियन्स प्लॅटफॉर्म.
वैशिष्ट्ये
- आयटी हा उच्च दर्जाचा आहे प्रोग्रामिंग भाषा क्वांटम प्रोग्रामसाठी.
- त्यात एक मॉड्यूलर आणि जुळवून घेणारा कंपाइलर आहे.
- हे अनेक हार्डवेअर आणि सॉफ्टवेअर बॅकएंड देखील देते.
- फर्मिओनिक समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी क्वांटम संगणक लायब्ररी (फर्मिलिब).
- IBM क्वांटम एक्सपिरियन्स चिप, AQT उपकरणे, AWS ब्रेकेट आणि IonQ सेवा-प्रदान केलेली उपकरणे क्वांटम अल्गोरिदम चालविण्यासाठी वापरली जाऊ शकतात.
- अॅबस्ट्रॅक्शनच्या उच्च पातळीवर, क्वांटम प्रोग्राम्सचे अनुकरण केले जाऊ शकते (उदा., कमी-स्तरीय गेट्सवर संकलित करण्याऐवजी मोठ्या ऑरॅकल्सच्या क्रियेची नक्कल करणे)
- शास्त्रीय संगणकांवर, क्वांटम प्रोग्रामचे अनुकरण केले जाऊ शकते.
3. टेन्सोफ्लो क्वांटम
Python फ्रेमवर्क TensorFlow Quantum (TFQ) क्वांटमसाठी आहे मशीन शिक्षण. TFQ हे TensorFlow ऍप्लिकेशन फ्रेमवर्क आहे जे क्वांटम अल्गोरिदम आणि मशीन लर्निंग संशोधकांना Google च्या क्वांटम कॉम्प्युटिंग फ्रेमवर्कचा थेट TensorFlow वरून वापर करण्यास अनुमती देते.
टेन्सरफ्लो क्वांटम हा एक प्रोग्राम आहे जो क्वांटम डेटा आणि क्वांटम-क्लासिकल हायब्रिड मॉडेल्सच्या निर्मितीवर लक्ष केंद्रित करतो. हे Cirq-डिझाइन केलेले क्वांटम संगणन तंत्र आणि तर्कशास्त्र TensorFlow API, तसेच उच्च-कार्यक्षमता क्वांटम सर्किट सिम्युलेटरसह एकत्रित करते.
TFQ फ्रेमवर्क पारंपारिक आणि हायब्रिड मॉडेल दोन्ही चालविण्यासाठी वापरले जाऊ शकते, जसे की क्वांटम CNN (QCNN). परिणामी, पारंपारिक दृष्टिकोन वापरून उत्तर देणे पूर्वी अशक्य असलेल्या कोणत्याही समस्येसाठी TFQ वापरले जाऊ शकते. काही वास्तविक-जगातील समस्यांना उत्तर देण्यासाठी, क्वांटम किंवा क्वांटम-क्लासिकल हायब्रिड मॉडेल्स तयार करण्यासाठी TFQ सह प्रारंभ करा.
वैशिष्ट्ये
- संशोधक एकाच संगणकीय नेटवर्कमध्ये क्वांटम डेटासेट, क्वांटम मॉडेल्स आणि पारंपारिक नियंत्रण पॅरामीटर्स वापरून टेन्सर तयार करण्यासाठी TFQ वापरू शकतात.
- टेन्सर क्वांटम डेटा (संख्यांचा बहु-आयामी अॅरे) संग्रहित करण्यासाठी वापरला जातो. क्वांटम डेटाच्या प्रत्येक टेन्सरचे वर्णन Cirq क्वांटम सर्किट म्हणून केले जाते जे फ्लायवर क्वांटम डेटा तयार करते.
- संशोधक क्वांटम प्रोटोटाइप करण्यासाठी Cirq वापरू शकतो मज्जासंस्थेसंबंधीचा नेटवर्क जे नंतर टेन्सरफ्लो गणना आलेखामध्ये समाविष्ट केले जाईल.
- एकाच वेळी असंख्य क्वांटम सर्किट्स प्रशिक्षित करण्याची आणि कार्यान्वित करण्याची क्षमता हे टेन्सरफ्लो क्वांटमचे प्रमुख वैशिष्ट्य आहे.
4. परसेव्हेल
पर्सेव्हल हे फोटोनिक क्वांटम कॉम्प्युटर प्रोग्रामिंगसाठी एक मुक्त-स्रोत फ्रेमवर्क आहे, जो पर्सेव्हलने विकसित केला आहे, जो प्रकाश हाताळणीवर आधारित क्वांटम संगणकांची नवीन पिढी तयार करण्यावर लक्ष केंद्रित करतो.
पर्सेव्हल रेखीय ऑप्टिकल घटकांपासून सर्किट तयार करण्यासाठी, सिंगल-फोटॉन स्रोत परिभाषित करण्यासाठी, फॉक स्टेटस हाताळण्यासाठी, क्वांटम सिम्युलेशन चालविण्यासाठी, प्रकाशित प्रायोगिक पेपर्सचे पुनरुत्पादन करण्यासाठी आणि एका साध्या ऑब्जेक्ट-ओरिएंटेड पायथन API द्वारे क्वांटम अल्गोरिदमच्या नवीन पिढीसह प्रयोग करण्यासाठी साधने ऑफर करते.
क्वांटम फोटोनिक सर्किट्स तयार करण्यासाठी - त्यांचे डिझाइन सिम्युलेट आणि परिष्कृत करण्यासाठी, आदर्श आणि वास्तविक वर्तनाचे मॉडेलिंग करण्यासाठी आणि बॅकएंडच्या कल्पनेद्वारे त्यांना नियंत्रित करण्यासाठी प्रमाणित इंटरफेस ऑफर करण्यासाठी त्याचे ध्येय आहे.
हे HPC क्लस्टर्ससाठी अनेक सुधारणांसह स्थानिक डेस्कटॉपवर ऑपरेट करण्यासाठी ऑप्टिमाइझ केलेले आहे आणि फोटोनिक सर्किट्सवरील क्वांटम अल्गोरिदमच्या संख्यात्मक आणि प्रतीकात्मक सिम्युलेशनसाठी अत्याधुनिक बॅकएंडमध्ये प्रवेश प्रदान करते.
अल्गोरिदम आणि क्लिष्ट रेखीय ऑप्टिक्स सर्किट्स तयार करण्यासाठी तुम्ही अनेक प्रीफेब्रिकेटेड घटक देखील वापरू शकता. सुप्रसिद्ध अल्गोरिदमची लायब्ररी प्रवेशयोग्य आहे, तसेच ते कसे वापरावे याचे धडे.
तुम्ही अल्गोरिदम फाइन-ट्यून करण्यासाठी प्रयोग अंमलात आणण्यासाठी, प्रायोगिक डेटाशी तुलना करण्यासाठी आणि प्रकाशित प्रकाशने पुन्हा तयार करण्यासाठी कोडच्या काही ओळी वापरू शकता.
वैशिष्ट्ये
- रेखीय ऑप्टिक्स आणि फोटोनिक क्वांटम कंप्युटिंगसाठी पूर्णपणे समर्पित एक प्रकारची आर्किटेक्चर
- हा प्रकल्प मॉड्यूलर आर्किटेक्चरसह एक मुक्त-स्रोत प्रकल्प आहे जो समुदायाच्या योगदानाचे स्वागत करतो.
- प्रीफेब्रिकेटेड घटकांची एक मोठी लायब्ररी वापरून, अल्गोरिदम आणि क्लिष्ट रेखीय ऑप्टिक्स सर्किट तयार करा. सुप्रसिद्ध अल्गोरिदमची लायब्ररी प्रवेशयोग्य आहे, तसेच ते कसे वापरावे याचे धडे.
- अल्गोरिदमसह प्रयोग करून त्यांना बारीक करा, प्रायोगिक डेटाशी त्यांची तुलना करा आणि कोडच्या काही ओळींमध्ये विद्यमान प्रकाशने कॉपी करा.
- फोटोनिक सर्किट्सवर क्वांटम अल्गोरिदमचे अनुकरण करण्यासाठी, अत्याधुनिक बॅकएंड्स वापरा. पर्सेव्हल हे HPC क्लस्टरसाठी अनेक सुधारणांसह संख्यात्मक आणि प्रतीकात्मक कार्यप्रदर्शनाच्या दृष्टीने स्थानिक डेस्कटॉपवर चालण्यासाठी डिझाइन केलेले आहे.
5. किस्किट
आम्हाला माहित आहे की आम्ही पुढच्या पिढीच्या तंत्रज्ञानाबद्दल बोलत असल्यास, IBM कडे ऑफर करण्यासाठी काहीतरी असेल. ते नक्कीच करते. QisKit क्वांटम सॉफ्टवेअर विकसित करण्यासाठी एक मुक्त-स्रोत व्यासपीठ आहे.
Qiskit हे IBM-अनुदानीत सॉफ्टवेअर फ्रेमवर्क आहे जे वापरकर्त्यांसाठी जाणून घेणे सोपे करते क्वांटम संगणन. क्वांटम कॉम्प्युटर येणे कठीण असल्यामुळे, तुम्ही क्लाउड प्रदाता जसे की IBM च्या Qiskit टूलकिटचा वापर करू शकता.
हे वापरण्यासाठी पूर्णपणे विनामूल्य आहे आणि सर्व कोड आहे मुक्त स्रोत. एक ऑनलाइन पाठ्यपुस्तक आहे जे तुम्हाला क्वांटम फिजिक्सच्या सर्व मूलभूत गोष्टी शिकवते, जे या विषयाशी परिचित नसलेल्या नवशिक्यांसाठी खूप उपयुक्त आहे.
क्वांटम कॉम्प्युटरचा वापर पल्स, सर्किट्स आणि अॅप्लिकेशन मॉड्युल्सच्या पातळीवर केला जाऊ शकतो.
वैशिष्ट्ये
- विविध स्तरांचे वापरकर्ते संशोधन आणि ऍप्लिकेशन डेव्हलपमेंटसाठी किस्किट वापरू शकतात कारण ते क्वांटम गेट्सच्या संपूर्ण संग्रहासह आणि पूर्व-निर्मित सर्किट्सच्या श्रेणीसह येते.
- क्लाउड-आधारित CPUs, QPUs आणि GPUs वर क्वांटम ऍप्लिकेशन्सचे समन्वय करण्यासाठी तसेच वास्तविक क्वांटम प्रोसेसरवर क्रियाकलाप चालवण्यासाठी आणि शेड्यूल करण्यासाठी तुम्ही Qiskit रनटाइम वापरू शकता.
- ट्रान्सपाइलर किस्किट कोडला बॅकएंडच्या मूळ गेट सेटचा वापर करून कार्यक्षम सर्किटमध्ये रूपांतरित करतो, ज्यामुळे वापरकर्त्यांना कमीतकमी इनपुटसह कोणत्याही क्वांटम प्रोसेसर किंवा आर्किटेक्चरसाठी डिझाइन करता येते.
निष्कर्ष
थोडक्यात, क्वांटम संगणक आजच्या एन्क्रिप्शन तंत्रात कमी वेळेत त्वरीत प्रवेश करू शकतात, तर सर्वात मोठ्या सुपर कॉम्प्युटरला आता अनेक वर्षे लागतात.
क्वांटम कॉम्प्युटर आजच्या अनेक एन्क्रिप्शन योजनांना क्रॅक करण्यास सक्षम असतील हे असूनही, ते हॅक-प्रूफ पर्याय विकसित करतील अशी अपेक्षा आहे. क्वांटम कॉम्प्युटर ऑप्टिमायझेशन समस्या हाताळण्यासाठी विलक्षण आहेत.
प्रत्युत्तर द्या