Aktar malajr minn qatt qabel, id-dinja qed tinbidel minħabba l-bidla diġitali.
Bil-miġja imminenti ta 'mewġa ġdida fjamanta ta' teknoloġija li kapaċi tbiddel drastikament il-paradigmi attwali b'veloċità u qawwa tal-għaġeb: il-komputazzjoni kwantistika, il-fehim tal-ideat fundamentali tal-era diġitali se jsir saħansitra aktar importanti.
Teknika rivoluzzjonarja msejħa quantum computing tagħmel użu mill-fiżika kwantistika biex issolvi problemi li huma lil hinn mill-ambitu tal-kompjuters konvenzjonali.
Il-prinċipji tat-teorija kwantika juru kif il-materja u l-enerġija jġibu ruħhom fuq l-iskali atomiċi u subatomiċi, u Qiskit tal-IBM huwa kit ta 'żvilupp ta' softwer quantum open-source li jgħin fil-ħolqien ta 'sistemi ta' kompjuters quantum.
Dan l-artikolu jfittex li jispjega dan u jagħtik ħarsa ġenerali tal-komputazzjoni quantum.
Aħna ser nispjegaw lill-qarrejja tagħna bl-għajnuna ta 'komputazzjoni quantum open-source SDK, jiġifieri. Qiskit u ħallihom jesploraw bl-użu Notebooks tal-Jupyter ospitat f'IBM Quantum Lab.
X'inhu Quantum Computing?
Komputazzjoni kwantistika hija fergħa tax-xjenza tal-kompjuter li tiffoka fuq l-iżvilupp tat-teknoloġija tal-kompjuter billi tuża ideat mit-teorija tal-kwantiżmu.
Huwa jieħu vantaġġ mill-kapaċità eċċezzjonali tal-partiċelli subatomiċi li jeżistu fl-istess ħin f'ħafna stati, bħal 0 u 1.
Huma kapaċi jipproċessaw ħafna aktar data minn kompjuters regolari.
Fil-proċessi tal-komputazzjoni quantum, qubit isir bl-użu tal-istat quantum ta 'oġġett. Il-biċċiet essenzjali ta 'informazzjoni fil-komputazzjoni kwantistika huma qubits.
Huma jwettqu l-istess funzjoni bħall-bits fil-kompjuters konvenzjonali fil-kompjuters quantum, iżda jaġixxu b'mod pjuttost differenti. Quantum computing huwa qasam li tfaċċat fis-snin tmenin.
Imbagħad ġie skopert li l-algoritmi quantum kienu aktar effettivi biex jagħmlu xi kompiti tal-kompjuter mill-kontropartijiet klassiċi tagħhom.
Is-superpożizzjoni u t-tħabbil, żewġ kunċetti mill-fiżika kwantistika, huma l-pedamenti li fuqhom huma bbażati dawn is-superkompjuters.
Meta mqabbla mal-kompjuters konvenzjonali, il-kompjuters quantum bħalissa jistgħu jagħmlu xogħolijiet ta' kobor aktar malajr filwaqt li jikkunsmaw ħafna inqas enerġija.
Irridu nipproċedu bit-tħaddim tal-kompjuters quantum sabiex nifhmuh bis-sħiħ. Nibdew issa.
Kif verament jaħdem kompjuter quantum?
Meta mqabbla mal-kompjuters tradizzjonali li aħna mdorrijin bihom, il-kompjuters quantum javviċinaw is-soluzzjoni tal-problemi b'mod differenti. Għal xi kompiti, il-kompjuters quantum huma preferibbli għal dawk tradizzjonali f'numru ta 'modi.
Il-kapaċità tagħhom li jeżistu f'bosta stati f'daqqa hija maħsuba li hija l-kawża. Min-naħa l-oħra, il-kompjuters konvenzjonali jistgħu jkunu biss fi stat wieħed f'daqqa.
Hemm tliet kunċetti ewlenin li trid tifhem sabiex tifhem kif joperaw il-kompjuters quantum:
- Sovrapożizzjoni.
- Tħabbil.
- Interferenza.
Superpożizzjoni
Il-bits huma l-komponenti fundamentali tal-kompjuters tradizzjonali. Quantum bits, jew Qubits, huma l-unitajiet bażiċi tal-kompjuters quantum.
Fundamentalment, quantum bits joperaw b'mod differenti. Bit binarju, kultant magħruf bħala bit tradizzjonali, huwa swiċċ li jista 'jkun jew 0 jew 1.
Nirċievu l-istat attwali tal-bit lura meta nkejluh. Qubits huma eċċezzjoni għal dan. Qubits jistgħu jitqabblu ma 'vleġeġ li jindikaw fi tliet dimensjonijiet.
Huma fil-kundizzjonijiet 0 jekk jippuntaw 'il fuq. Huma fl-istat 1 jekk jippuntaw 'l isfel. L-istess jgħodd għall-bits klassiċi.
Madankollu, jistgħu wkoll jagħżlu li jkunu fi stat ta 'superpożizzjoni.
Vleġġa tinsab fil-kondizzjoni fejn tipponta fi kwalunkwe direzzjoni oħra. Is-superpożizzjoni ta' 0 u 1 tirriżulta f'dan l-istat. Qubit xorta se jipproduċi jew 1 jew 0 bħala riżultat meta jitkejjel.
Madankollu, l-orjentazzjoni tal-vleġġa tiddetermina probabbiltà li hija rilevanti.
Int aktar probabbli li tirċievi 1 jekk il-vleġġa tkun primarjament tipponta 'l isfel u 0 jekk tkun primarjament tipponta 'l fuq.
Ikollok 50% ċans li tirbaħ għal kull wieħed jekk il-vleġġa tkun fiċ-ċentru. Fil-qosor, dik hija superpożizzjoni.
Tħabbil
Il-bits f'kompjuter tradizzjonali huma indipendenti minn xulxin. L-istat tal-bit m'għandu l-ebda effett fuq l-istat tal-bit l-ieħor.
Il-qubits fil-kompjuters quantum jistgħu jitħabblu ma' xulxin. Dan jimplika li jingħaqdu fi stat kwantiku kbir wieħed.
Għall-illustrazzjoni, ikkunsidra żewġ qubits li huma f'diversi stati ta 'superpożizzjoni iżda li għadhom mhumiex imħabblin. F'dan iż-żmien, il-probabbiltà tagħhom ma tistrieħx fuq xulxin.
Meta nħabbtuhom, irridu neħilsu dawk il-probabbiltajiet indipendenti u niddeterminaw il-probabbiltajiet tal-istati alternattivi kollha li nistgħu naħarbu, jiġifieri, 00, 01, 10, u 11.
Id-distribuzzjoni tal-probabbiltà tas-sistema kollha tinbidel jekk id-direzzjoni tal-vleġġa fuq qubit wieħed tinbidel minħabba li l-qubits huma mħabblin.
L-indipendenza tal-qubits minn xulxin intilfet. Kull wieħed minnhom huwa komponent tal-istess stat mdaqqsa. Ma jimpurtax kemm għandek qubits, dan għadu l-każ.
Hemm taħlita possibbli ta' 2n stati għal kompjuter quantum b'n qubits.
Għandek distribuzzjoni tal-probabbiltà fuq żewġ stati, pereżempju, għal qubit wieħed. Għandek distribuzzjoni ta' probabbiltà f'erba' stati għal żewġ qubits, eċċ. Id-distinzjoni ewlenija bejn kompjuters klassiċi u quantum hija din.
Tista 'tpoġġi kompjuters klassiċi fi kwalunkwe kundizzjoni li tagħżel, iżda wieħed biss kull darba. Dawk l-istati kollha jistgħu jeżistu fl-istess ħin fuq kompjuters quantum bħala superpożizzjoni.
Kif jista 'jibbenefika l-kompjuter milli jkun f'dawk l-istati kollha f'daqqa? L-aħħar element ta 'interferenza jidħol f'dan il-punt.
Interferenza
Funzjoni ta' mewġa quantum tista' tintuża biex tiddeskrivi l-istat ta' qubit.
Id-deskrizzjoni matematika fundamentali ta 'kollox fil-fiżika kwantistika hija pprovduta mill-funzjonijiet tal-mewġ.
Meta ħafna qubits jitħabblu, il-funzjonijiet tal-mewġ individwali tagħhom huma kkombinati flimkien biex jiffurmaw funzjoni tal-mewġ waħda li tiddeskrivi l-istat ġenerali tal-kompjuter quantum.
L-interferenza hija r-riżultat taż-żieda ta 'dawn il-funzjonijiet tal-mewġ flimkien. Meta l-mewġ jingħaddu flimkien, jistgħu jinteraġixxu b'mod kostruttiv u jikkombinaw biex joħolqu mewġa akbar, bħalma jagħmlu t-tmewwiġ tal-ilma.
Jistgħu wkoll jinteraġixxu b'mod distruttiv biex jikkontrobattu lil xulxin. Il-probabbiltà varjata tad-diversi stati hija determinata mill-funzjoni ġenerali tal-mewġ tal-kompjuter quantum.
Nistgħu nbiddlu l-probabbiltà li ċerti stati joħorġu meta nkejlu l-kompjuter quantum billi nbiddlu l-istati ta 'diversi qubits.
Anki jekk il-kompjuter quantum jista 'jeżisti f'diversi superpożizzjonijiet ta' stati f'daqqa, il-kejl jiżvela biss wieħed minn dawk l-istati.
Għalhekk, filwaqt li tuża kompjuter quantum biex tlesti xogħol ta 'komputazzjoni, interferenza kostruttiva hija meħtieġa biex tiżdied il-probabbiltà li tirċievi t-tweġiba t-tajba u interferenza distruttiva biex titnaqqas il-probabbiltà li tirċievi waħda mhux korretta.
Issa, ejja nibdew bil-Qiskit.
X'inhu Qiskit?
Qiskit huwa qafas tas-softwer iffinanzjat mill-IBM iddisinjat biex jagħmilha aktar faċli għal kulħadd biex jidħol fil-qasam tal-komputazzjoni kwantistika.
Minħabba li l-kompjuters quantum huma diffiċli biex jinkisbu, tista 'tikseb wieħed permezz ta' fornitur tal-cloud, bħal IBM, billi tuża l-kaxxa tal-għodda Qiskit tagħhom.
Huwa disponibbli b'xejn, u l-kodiċi tiegħu kollu huwa sors miftuħ.
Hemm ktieb online li jgħallem il-prinċipji fundamentali kollha tal-fiżika kwantistika, li hija utli ħafna għal dawk li mhumiex familjari mas-suġġett. Python jintuża biex jiżviluppa l-għodda Qiskit.
Allura, jekk int familjari mal-lingwa ta 'programmar Python, int ser tagħraf ħafna kodiċi.
Il-qafas tas-softwer huwa adattat għal dawk li jixtiequ jitgħallmu dwar il-komputazzjoni kwantistika filwaqt li jikseb ukoll esperjenza prattika.
L-aktar aspett fundamentali ta 'Qiskit huwa li jopera f'żewġ stadji. Wieħed mill-passi huwa l-istadju tal-kostruzzjoni, li fih noħolqu diversi ċirkwiti quantum u nużaw dawk iċ-ċirkwiti biex insolvu l-problema.
Imbagħad, wara li tlesti l-istadju tal-bini jew li nilħqu s-soluzzjoni, nipproċedu għall-istadju li jmiss, li huwa magħruf bħala l-istadju tal-eżekuzzjoni, li fih nippruvaw inmexxu l-bini jew is-soluzzjoni tagħna fid-diversi backends (backend tal-vettur tal-istat, backend unitarju, miftuħ). backend ASM), u wara li titlesta l-ġirja, nipproċessaw id-dejta fil-bini għall-output mixtieq.
Nibdew b'Qiskit
Fuq il-kompjuter personali tiegħek jew il-Jupyter Notebook li IBM tospita, tista' tinstallah lokalment. Ikteb il-kodiċi li ġej biex tinstalla lokalment fuq kompjuter Windows:
Għandna bżonn nirreġistraw hawn sabiex naċċessaw it-token API li jippermettilna nutilizzaw l-apparati quantum tal-IBM, u mbagħad nistgħu nibdew naħdmu mal-websajt tal-kumpanija. Tista' timmaġina li tagħmel dan billi tuża Jupyter Notebook installata minn Qiskit li taħdem onlajn.
Tista' taċċessah billi tagħżel il-Profil tiegħek mill-menu fir-rokna ta' fuq tal-lemin tal-paġna, imbagħad tagħżel Informazzjoni tal-Kont. Tista' ssib it-token tal-API tiegħek taħt it-taqsima dwar it-tokens tal-API fil-forma ta' ***. Tiġi kkupjata u mbagħad imdaħħla fil-kodiċi li ġej:
Ladarba dan il-kodiċi jkun ġie eżegwit, it-token API tiegħek se jiġi ffrankat fuq il-kompjuter tiegħek, li jippermettilek tuża l-apparati quantum tal-IBM. Daħħal dan li ġej biex tiddetermina jekk għandekx aċċess għal tali apparat:
Jekk il-kodiċi msemmi hawn fuq jaħdem, għandek tkun kapaċi tħaddem kodiċi mhux biss fuq il-kompjuter tiegħek iżda wkoll billi tibgħat iċ-ċirkwiti quantum integrati lill-apparati quantum ta 'IBM u tirċievi r-riżultati.
Allura, bl-użu tal-librerija taċ-ċirkwiti, nistgħu nibdew niżviluppaw l-ewwel algoritmu tal-kwantum tagħna. Nibdew billi jimportaw id-dipendenzi essenzjali minn Qiskit fil-proġett tagħna.
Aħna mbagħad nibnu reġistru quantum ta 'żewġ qubit u reġistru konvenzjonali ta' żewġ bit.
Allura issa għandna stabbiliti kemm reġistru klassiku kif ukoll quantum. Billi nużaw dawn it-tnejn, nistgħu nibnu ċ-ċirkwit u jekk, fi kwalunkwe ħin matul il-modifika taċ-ċirkwit, tixtieq tfassal kif jidher iċ-ċirkwit quantum, ikteb il-kodiċi li ġej:
Nistgħu naraw mill-istampa li ċ-ċirkwit jikkonsisti f'żewġ bits quantum u żewġ bits klassiċi.
Kif inhu, dan iċ-ċirkwit nieqes mill-gradi, li jagħmilha mhux interessanti. Issa ejja nibnu ċ-ċirkwit billi tuża x-xtiebi quantum. Bħal klassiku xtiebi loġiċi (AND, JEW xtiebi) huma għal ċirkwiti diġitali normali, xtiebi quantum huma l-komponenti fundamentali ta 'ċirkwiti quantum.
L-applikazzjoni tal-bieb Hadamard għall-ewwel qubit huwa l-ewwel pass fil-ħolqien ta 'tħabbil. Imbagħad, bl-użu tal-kodiċi li ġej, se nżidu operazzjoni x kkontrollata b'żewġ qubits:
Issa li dawn iż-żewġ operaturi ntużaw biex jibnu ċ-ċirkwit quantum tagħna, wasal iż-żmien li nkejlu l-bits quantum (qubits), jieħdu dawk il-kejl, u jaħżnuhom fil-bits klassiċi. Ejja noħolqu l-kodiċi meħtieġ biex niksbu dan:
Id-dijagramma hawn taħt turi t-tqassim taċ-ċirkwit tagħna:
Iċ-ċirkwit imbagħad għandu jitħaddem fuq simulatur tal-kompjuter tradizzjonali. Iċ-ċirkwit tlesta. U teżamina r-riżultati ta 'dik l-eżekuzzjoni.
L-informazzjoni miksuba mit-twettiq ta 'dak iċ-ċirkwit hija maħżuna fil-varjabbli tar-riżultat. Ejja nuru dawn ir-riżultati billi tuża istogramma tal-plott.
Dan huwa dak li jiġri meta nħaddmu ċ-ċirkwit quantum tagħna. Għan-numri 00 u 11, nirċievu probabbiltajiet ta' madwar 50%. Inbena ċ-ċirkwit inizjali tal-kompjuter quantum tiegħek. Prosit!
Applikazzjonijiet ta' Qiskit Quantum Computing
Qiskit Finanzi
Ġabra ta’ għodod u applikazzjonijiet dimostrattivi huma offruti minn Qiskit Finance. Dawn jinkludu tradutturi Ising għall-ottimizzazzjoni tal-portafoll, fornituri tad-dejta għal dejta attwali jew każwali, u implimentazzjonijiet għall-ipprezzar ta’ diversi għażliet finanzjarji jew valutazzjonijiet tar-riskju tal-kreditu.
Qiskit Natura
Apps simili tiwi tal-proteini u struttura elettronika/vibronika komputazzjonijiet kemm għall-istati eċċitati kif ukoll għall-istati bażiċi huma appoġġjati minn Qiskit Nature.
Joffri l-partijiet kollha meħtieġa għall-konnessjoni tal-kodiċijiet klassiċi u awtomatikament jikkonvertu għal rappreżentazzjonijiet differenti meħtieġa mill-kompjuters quantum.
Qiskit Tagħlim Magni
Kwantum tagħlim magna metodi li jużawhom biex jindirizzaw diversi problemi, bħar-rigressjoni u l-klassifikazzjoni, huma pprovduti minn Qiskit Machine Learning kif ukoll kernels quantum fundamentali u netwerks quantum newrali (QNNs) bħala blokki tal-bini.
Jippermetti wkoll il-konnessjoni ta 'QNNs ma' PyTorch għall-iskop li jiġu inkorporati elementi quantum f'operazzjonijiet klassiċi.
Qiskit Ottimizzazzjoni
Qiskit Ottimizzazzjoni toffri l-ispettru kollu ta 'servizzi ta' ottimizzazzjoni, inkluż mudellar ta 'livell għoli ta' kwistjonijiet ta 'ottimizzazzjoni, traduzzjoni awtomatizzata ta' problemi għal diversi rappreżentazzjonijiet meħtieġa, u ġabra ta 'metodi sempliċi ta' ottimizzazzjoni tal-quantum.
konklużjoni
Bħala konklużjoni, filwaqt li l-aktar superkompjuter veloċi issa disponibbli jieħu s-snin, il-kompjuters quantum jistgħu jkissru malajr il-metodi attwali ta 'encryption.
Minkejja l-fatt li l-kompjuters quantum se jkunu jistgħu jkissru ħafna mit-tekniki tal-kriptaġġ użati llum, huwa antiċipat li se joħolqu sostituti li ma jagħmlux ħsara lill-hack.
L-ottimizzazzjoni tal-problemi hija saħħa tal-kompjuters quantum. Għal aktar dettalji, jekk jogħġbok żur Qiskit GitHub.
Ħalli Irrispondi