د پخوا په پرتله ډیر چټک، نړۍ د ډیجیټل بدلون له امله بدلیږي.
د ټیکنالوژۍ د یوې بلې نوې څپې په راتلو سره چې د حیرانتیا سرعت او ځواک سره اوسني تمثیلونه په پراخه کچه بدلولو توان لري: د کوانټم کمپیوټري ، د ډیجیټل دور د بنسټیزو نظرونو پوهیدل به نور هم مهم شي.
د کوانټم کمپیوټینګ په نوم یو پرمختللی تخنیک د کوانټم فزیک څخه کار اخلي ترڅو ستونزې حل کړي چې د دودیزو کمپیوټرونو له ساحې بهر دي.
د کوانټم تیوري اصول ښیي چې ماده او انرژي څنګه په اټومي او فرعي اتومیک پیمانه چلند کوي، او د IBM Qiskit د خلاصې سرچینې کوانټم سافټویر پرمختیا کټ دی چې د کوانټم کمپیوټري سیسټمونو رامینځته کولو کې مرسته کوي.
دا مقاله د دې تشریح کولو هڅه کوي او تاسو ته د کوانټم کمپیوټري عمومي لید وړاندې کوي.
موږ به خپلو لوستونکو ته د خلاصې سرچینې کوانټم کمپیوټري په مرسته تشریح کړو SDKيعنې Qiskit او اجازه راکړئ چې په کارولو سره وپلټئ د جایپټر نوټ بوکونه په IBM Quantum Lab کې کوربه شوی.
Quantum Computing څه شی دی؟
کوانټم کمپیوټري د کمپیوټر ساینس یوه څانګه ده چې د کوانټم تیوري څخه د نظرونو په کارولو سره د کمپیوټر ټیکنالوژۍ پراختیا باندې تمرکز کوي.
دا د فرعي اټومي ذراتو د استثنایی ظرفیت څخه ګټه پورته کوي ترڅو په ډیری ایالتونو کې په ورته وخت کې شتون ولري ، لکه 0 او 1.
دوی د منظم کمپیوټرونو په پرتله خورا ډیر ډیټا پروسس کولو توان لري.
د کوانټم کمپیوټري پروسو کې، یو qubit د یو څیز د کوانټم حالت په کارولو سره جوړیږي. په کوانټم کمپیوټینګ کې د معلوماتو اړینې برخې qubits دي.
دوی د کوانټم کمپیوټري په دودیز کمپیوټر کې د بټونو په څیر ورته فعالیت ترسره کوي، مګر دوی په بل ډول عمل کوي. کوانټم کمپیوټینګ هغه ساحه ده چې په 1980s کې راڅرګنده شوه.
بیا دا وموندل شوه چې کوانټم الګوریتمونه د دوی د کلاسیک همکارانو په پرتله د کمپیوټر ځینې دندې ترسره کولو کې خورا اغیزمن وو.
د کوانټم فزیک دوه مفکورې د سپرپوزیشن او انټینګلمینټ هغه بنسټونه دي چې دا سوپر کمپیوټرونه یې پر بنسټ ولاړ دي.
د دودیزو کمپیوټرونو په پرتله، کوانټم کمپیوټرونه اوس مهال کولی شي د دندو امرونه ګړندي کړي پداسې حال کې چې خورا لږ انرژي مصرفوي.
موږ باید د کوانټم کمپیوټرونو عملیاتو ته دوام ورکړو ترڅو دا په بشپړ ډول درک کړو. راځئ چې اوس پیل وکړو.
د کوانټم کمپیوټر واقعیا څنګه کار کوي؟
د دودیزو کمپیوټرونو په پرتله چې موږ ورسره عادت یو، کوانټم کمپیوټرونه د ستونزې حل کولو ته په بل ډول سره ګوري. د ځینو دندو لپاره، کوانټم کمپیوټرونه په یو شمیر لارو کې د دودیزو کمپیوټرونو څخه غوره دي.
په یو وخت کې په ډیری ایالتونو کې د دوی ظرفیت شتون د لامل په توګه فکر کیږي. له بلې خوا، دودیز کمپیوټرونه یوازې په یو وخت کې په یو حالت کې کیدی شي.
دلته درې کلیدي مفکورې شتون لري چې تاسو باید درک کولو لپاره پوه شئ چې د کوانټم کمپیوټر څنګه کار کوي:
- ستر مقام.
- لانجه.
- مداخله.
سپوږمکۍ
بټونه د دودیزو کمپیوټرونو بنسټیز برخې دي. Quantum bits، یا Qubits، د کوانټم کمپیوټر بنسټیز واحدونه دي.
په بنسټیز ډول، د کوانټم بټونه په مختلف ډول کار کوي. یو بائنری بټ، ځینې وختونه د دودیز بټ په نوم پیژندل کیږي، یو سویچ دی چې کیدای شي 0 یا 1 وي.
موږ د بټ اوسنی حالت بیرته ترلاسه کوو کله چې موږ یې اندازه کوو. Qubits په دې کې استثنا دي. Qubits د تیرونو سره پرتله کیدی شي چې په دریو ابعادو کې اشاره کوي.
دوی په 0 شرایطو کې دي که دوی پورته اشاره وکړي. دوی په 1 حالت کې دي که دوی ښکته اشاره وکړي. ورته د کلاسیک بټونو سره ریښتیا ده.
په هرصورت، دوی کولی شي په غوره حالت کې هم غوره کړي.
یو تیر په هغه حالت کې دی چیرې چې دا بل لوري ته اشاره کوي. د 0 او 1 سپرپوزیشن په دې حالت کې پایلې لري. A Qubit به بیا هم د پایلې په توګه 1 یا 0 تولید کړي کله چې اندازه کیږي.
په هرصورت، د تیر تیر یو احتمال ټاکي چې اړونده وي.
تاسو ډیر احتمال لرئ چې یو 1 ترلاسه کړئ که چیرې تیر په ابتدايي توګه لاندې ته اشاره کوي او 0 که چیرې دا په ابتدايي توګه پورته اشاره کوي.
تاسو به د هر یو لپاره د ګټلو 50٪ چانس ولرئ که تیر په مرکز کې وي. په لنډه توګه، دا superposition ده.
انفلاسیون
په دودیز کمپیوټر کې بټونه له یو بل څخه خپلواک دي. د یو بیټ ریاست د بل بیټ حالت سره هیڅ اغیزه نلري.
په کوانټم کمپیوټرونو کې کوبیټس کولی شي له یو بل سره ښکیل شي. دا پدې معنی ده چې دوی په یو واحد لوی کوانټم حالت کې یوځای کیږي.
د مثال لپاره، دوه qubits په پام کې ونیسئ چې په مختلفو سوپرپوزیشن حالتونو کې دي مګر لاهم ښکیل ندي. په دې وخت کې، د دوی احتمال په یو بل تکیه نه کوي.
کله چې موږ دوی سره ونښلوو، موږ باید دا خپلواک احتمالات له مینځه یوسو او د ټولو بدیل حالتونو احتمالات وټاکو چې موږ یې وتښتیږو، د بیلګې په توګه، 00، 01، 10، او 11.
د ټول سیسټم احتمالي توزیع بدلیږي که چیرې په یو کیوبیټ کې د تیر سمت بدل شي ځکه چې کیوبیټونه ښکیل دي.
له یو بل څخه د کیوبیت خپلواکي له لاسه ورکړې ده. د دوی هر یو د ورته لوی حالت یوه برخه ده. مهمه نده چې تاسو څومره کوبیټونه لرئ ، دا لاهم قضیه ده.
د کوانټم کمپیوټر لپاره د n qubits سره د 2n حالتونو احتمالي ترکیب شتون لري.
تاسو په دوه ایالتونو کې احتمالي توزیع لرئ، د بیلګې په توګه، د یو کوبیټ لپاره. تاسو په څلورو حالتونو کې د دوو qubits او نورو لپاره احتمالي ویش لرئ. د کلاسیک او کوانټم کمپیوټرونو ترمنځ اصلي توپیر دا دی.
تاسو کولی شئ کلاسیک کمپیوټرونه په هر هغه حالت کې وساتئ چې تاسو یې غوره کوئ، مګر په یو وخت کې یوازې یو. دا ټول حالتونه کولی شي په کوانټم کمپیوټرونو کې په ورته وخت کې د سپر پوزیشن په توګه شتون ولري.
کمپیوټر څنګه کولی شي په یو وخت کې په دې ټولو حالتونو کې د شتون څخه ګټه پورته کړي؟ د لاسوهنې وروستی عنصر پدې مرحله کې ننوځي.
لاسوهنې
د کوانټم څپې فعالیت د qubit حالت تشریح کولو لپاره کارول کیدی شي.
په کوانټم فزیک کې د هر څه بنسټیز ریاضیاتي توضیحات د څپې افعال لخوا چمتو شوي.
کله چې ډیری qubits ښکیل وي، د دوی انفرادي څپې دندې یوځای کیږي ترڅو د واحد څپې فعالیت رامینځته کړي چې د کوانټم کمپیوټر ټول حالت بیانوي.
مداخله د دې څپې افعال یوځای کولو پایله ده. کله چې موجونه یوځای سره یوځای شي، دوی ممکن په ساختماني ډول تعامل وکړي او یو لوی څپې رامینځته کړي، لکه د اوبو څپې.
دوی کولی شي د یو بل سره د مقابلې لپاره ویجاړونکي تعامل وکړي. د مختلف حالتونو مختلف احتمال د کوانټم کمپیوټر د عمومي څپې فعالیت لخوا ټاکل کیږي.
موږ کولی شو دا احتمال بدل کړو چې ځینې حالتونه به راڅرګند شي کله چې موږ د کوانټم کمپیوټر اندازه کوو د مختلف کوبیټس حالتونو بدلولو سره.
که څه هم د کوانټم کمپیوټر کولی شي په یو وخت کې د دولتونو په څو سترو موقعیتونو کې شتون ولري ، اندازه کول یوازې د دې حالتونو څخه یو څرګندوي.
له همدې امله، پداسې حال کې چې د کوانټم کمپیوټر کارولو لپاره د کمپیوټري دندې بشپړولو لپاره، ساختماني لاسوهنې ته اړتیا ده ترڅو د سم ځواب ترلاسه کولو احتمال لوړ کړي او ویجاړونکي مداخله د غلط ترلاسه کولو احتمال کم کړي.
اوس، راځئ چې د Qiskit سره پیل وکړو.
څه دي کیسکیټ?
Qiskit د IBM لخوا تمویل شوي سافټویر چوکاټ دی چې د هرچا لپاره د کوانټم کمپیوټري ساحې ته د ننوتلو اسانه کولو لپاره ډیزاین شوی.
ځکه چې د کوانټم کمپیوټرونو ترلاسه کول ستونزمن دي، تاسو کولی شئ یو د کلاوډ چمتو کونکي له لارې ترلاسه کړئ، لکه IBM، د دوی د Qiskit اوزار بکس په کارولو سره.
دا د وړیا لپاره شتون لري، او د هغې ټول کوډ دی د پرانيستې سرچينې.
دلته دی آنلاین درسي کتاب دا تاسو ته د کوانټم فزیک ټول اساسات درس درکوي، کوم چې د هغو کسانو لپاره خورا ګټور دی چې له موضوع سره نا اشنا دي. Python د Qiskit Toolkit د پراختیا لپاره کارول کیږي.
نو، که تاسو د Python پروګرام کولو ژبې سره بلد یاست، نو تاسو به ډیری کوډ پیژنئ.
د سافټویر چوکاټ د هغو کسانو لپاره مناسب دی چې غواړي د کوانټم کمپیوټینګ په اړه زده کړه پداسې حال کې چې عملي تجربه هم ترلاسه کوي.
د Qiskit ترټولو بنسټیز اړخ دا دی چې دا په دوو مرحلو کې کار کوي. یو له مرحلو څخه د جوړیدو مرحله ده، په کوم کې چې موږ څو کوانټم سرکیټونه جوړوو او د ستونزې د حل لپاره دا سرکیټونه کاروو.
بیا، د ودانۍ مرحلې بشپړولو یا حل ته رسیدو وروسته، موږ بلې مرحلې ته ځو، کوم چې د اجرایوي مرحلې په نوم پیژندل کیږي، په کوم کې چې موږ هڅه کوو خپل جوړونه یا حل په مختلفو شالیدونو (د ریاست ویکتور بیکینډ، یونټري بیکینډ، خلاص) کې پرمخ بوځو. ASM backend)، او د چلولو بشپړیدو وروسته، موږ د مطلوب محصول لپاره په جوړښت کې ډاټا پروسس کوو.
د Qiskit سره پیل کول
ستاسو په شخصي کمپیوټر یا Jupyter نوټ بوک کې چې IBM کوربه کوي، تاسو کولی شئ دا په محلي توګه نصب کړئ. په وینډوز کمپیوټر کې د ځایی نصبولو لپاره لاندې کوډ ولیکئ:
موږ اړتیا لرو چې د API ټوکن ته د لاسرسي لپاره دلته راجستر کړو چې موږ ته د IBM د کوانټم وسیلو کارولو وړتیا راکوي ، او بیا موږ کولی شو د شرکت ویب پا toې سره کار پیل کړو. تاسو کولی شئ دا د Qiskit نصب شوي Jupyter نوټ بوک په کارولو سره د آنلاین چلولو تصور وکړئ.
تاسو کولی شئ د پاڼې په پورتنۍ ښیې کونج کې د مینو څخه د خپل پروفایل په غوره کولو سره دې ته لاسرسی ومومئ ، بیا د حساب معلوماتو غوره کړئ. تاسو کولی شئ خپل د API ټوکن د API ټوکن برخې لاندې د *** په بڼه ومومئ. دا کاپي شوی او بیا لاندې کوډ ته داخل شوی:
یوځل چې دا کوډ اجرا شي، ستاسو د API نښه به ستاسو په کمپیوټر کې خوندي شي، تاسو ته د IBM د کوانټم وسیلو کارولو وړتیا درکوي. لاندې ولیکئ ترڅو معلومه کړئ چې ایا تاسو داسې وسیلې ته لاسرسی لرئ:
که پورته ذکر شوی کوډ چلیږي، تاسو باید د دې وړتیا ولرئ چې کوډ نه یوازې په خپل کمپیوټر کې پرمخ بوځي بلکې د IBM کوانټم وسیلو ته د جوړ شوي کوانټم سرکټونو لیږلو او پایلې ترلاسه کولو سره.
نو، د سرکیټ کتابتون په کارولو سره، موږ کولی شو زموږ د لومړي کوانټم الګوریتم پراختیا پیل کړو. موږ د کیسکیټ څخه زموږ پروژې ته د لازمي انحصارونو واردولو سره پیل کوو.
بیا موږ د دوه qubit کوانټم راجستر او دوه بټ دودیز راجستر جوړوو.
نو اوس موږ دواړه کلاسیک او کوانټم راجستر لرو. د دغو دوو په کارولو سره، موږ کولی شو سرکیټ جوړ کړو او که په هر وخت کې د سرکیټ د ترمیم په جریان کې، تاسو غواړئ چې د کوانټم سرکټ په څیر ښکاري، لاندې کوډ ولیکئ:
موږ د انځور څخه وینو چې سرکیټ دوه کوانټم بټونه او دوه کلاسیک بټونه لري.
لکه څنګه چې دا دی، دا سرکیټ دروازې نلري، دا بې زړه کوي. اوس راځئ چې د کوانټم دروازې په کارولو سره سرکټ جوړ کړو. لکه کلاسیک د منطق دروازې (او، یا دروازې) د نورمال ډیجیټل سرکیټونو لپاره دي، د کوانټم دروازې د کوانټم سرکیټونو بنسټیز برخې دي.
په لومړي کوبټ کې د حدمرد دروازې پلي کول د ښکیلتیا رامینځته کولو کې لومړی ګام دی. بیا، د لاندې کوډ په کارولو سره، موږ به د دوه qubit کنټرول x عملیات اضافه کړو:
اوس چې دا دوه آپریټرونه زموږ د کوانټم سرکټ په جوړولو کې کارول شوي، دا وخت دی چې د کوانټم بټونه اندازه کړئ، دا اندازه واخلئ، او په کلاسیک بټونو کې یې ذخیره کړئ. راځئ چې د دې ترلاسه کولو لپاره اړین کوډ جوړ کړو:
لاندې انځور زموږ د سرکټ ترتیب انځوروي:
بیا سرکیټ باید په دودیز کمپیوټر سمیلیټر چل شي. سرک بشپړ شو. او د دې اعدام پایلې معاینه کړئ.
هغه معلومات چې د دې سرکټ ترسره کولو څخه ترلاسه شوي د پایلې متغیر کې زیرمه شوي. راځئ چې دا پایلې د پلاټ هسټوګرام په کارولو سره ښکاره کړو.
دا هغه څه دي کله چې موږ خپل کوانټم سرکټ چلوو. د 00 او 11 شمیرو لپاره، موږ شاوخوا 50٪ احتمالات ترلاسه کوو. ستاسو لومړنی کوانټم کمپیوټر سرکټ جوړ شو. مبارک شه!
د کیسکیټ کوانټم کمپیوټري غوښتنلیکونه
کیسکیټ مالیه
د ښودلو وسیلو او غوښتنلیکونو ټولګه د Qiskit مالي لخوا وړاندیز کیږي. په دې کې د پورټ فولیو اصلاح کولو لپاره د Ising ژباړونکي، د حقیقي یا تصادفي معلوماتو لپاره د معلوماتو چمتو کونکي، او د مختلفو مالي انتخابونو قیمتونو یا د کریډیټ خطر ارزونې لپاره پلي کول شامل دي.
د کیسکیټ طبیعت
غوښتنلیکونه لکه د پروټین فولډ او بریښنایی / وایبرونیک جوړښت د دواړو په زړه پوري او ځمکني حالتونو لپاره محاسبې د کیسکیټ فطرت لخوا ملاتړ کیږي.
دا ټول هغه برخې وړاندې کوي چې د کلاسیک کوډونو سره وصل کولو لپاره اړین دي او په اتوماتيک ډول د کوانټم کمپیوټرونو لخوا اړین مختلف نمایندګیو ته بدلوي.
د Qiskit ماشین زده کړه
کټګیم ماشین زده کړه هغه میتودونه چې د مختلفو ستونزو د حل کولو لپاره یې کاروي، لکه ریګریشن او طبقه بندي، د Qiskit ماشین زده کړې لخوا چمتو شوي او همدارنګه د بنسټیز کوانټم کرنل او کوانټم عصبي شبکې (QNNs) د ودانیو بلاکونو په توګه.
دا د PyTorch سره د QNNs پیوستون هم وړوي ترڅو په کلاسیک عملیاتو کې د کوانټم عناصرو شاملولو هدف لپاره.
Qiskit اصلاح کول
د کیسکیټ اصلاح کول د اصلاح کولو خدماتو بشپړ سپیکٹرم وړاندې کوي ، پشمول د اصلاح کولو مسلو د لوړې کچې ماډلینګ ، مختلف اړین نمایندګیو ته د ستونزو اتوماتیک ژباړه ، او د ساده کوانټم اصلاح کولو میتودونو ټولګه.
پایله
په پایله کې، پداسې حال کې چې ترټولو ګړندی سوپر کمپیوټر اوس شتون لري کلونه وخت نیسي ، کوانټم کمپیوټر کولی شي په چټکۍ سره د اوسني کوډ کولو میتودونو له لارې مات کړي.
د دې حقیقت سره سره چې کوانټم کمپیوټرونه به وکولی شي د کوډ کولو ډیری تخنیکونه مات کړي چې نن ورځ کارول کیږي، اټکل کیږي چې دوی به د هیک پروف بدیلونه رامینځته کړي.
د ستونزو اصلاح کول د کوانټم کمپیوټر ځواک دی. د نورو جزیاتو لپاره، مهرباني وکړئ Qiskit ته لاړ شئ GitHub.
یو ځواب ورکړئ ووځي