Calcularea cuantică este o tehnologie nouă care utilizează fizica cuantică pentru a aborda probleme care depășesc capacitățile computerelor tradiționale.
Multe companii încearcă acum să pună la dispoziția a zeci de mii de dezvoltatori hardware-ul cuantic real, un instrument pe care oamenii de știință l-au visat cu aproximativ trei decenii în urmă.
Drept urmare, inginerii noștri implementează frecvent calculatoare cuantice supraconductoare din ce în ce mai puternice, aducându-ne mai aproape de viteza și capacitatea de calcul cuantic necesare pentru a modifica lumea.
În această postare, vom arunca o privire mai atentă cuantic calcul și instrumentele și cadrele care vin împreună cu el, precum și unde vor fi acestea în 2022.
Ce este calculul cuantic?
Aceste supercalculatoare sunt construite pe principiile suprapunerii și întanglementării, care sunt două aspecte ale fizicii cuantice. Calculatoarele cuantice pot face acum sarcini la viteze care sunt ordine de mărime mai rapide decât computerele tradiționale, folosind mult mai puțină energie.
În anii 1980 a apărut domeniul calculului cuantic. Apoi s-a dezvăluit că algoritmii cuantici erau mai eficienți decât echivalentele lor convenționale în rezolvarea anumitor sarcini de calculator.
Calculul cuantic este o disciplină a informaticii care se concentrează pe progresul tehnologiei informatice bazate pe conceptele teoriei cuantice. Se folosește de capacitatea extraordinară a particulelor subatomice de a exista în mai multe stări simultan, cum ar fi 0 și 1. Sunt capabile să proceseze mult mai multe date decât computerele obișnuite.
Starea cuantică a unui element este folosită pentru a crea un qubit în operațiunile de calcul cuantic. Qubiții sunt unitățile fundamentale de date ale calculului cuantic. În calculul cuantic, ei servesc aceeași muncă pe care o fac biții în calculul obișnuit, dar se comportă destul de diferit.
Biții tradiționali sunt binari și pot menține doar o poziție de 0 sau 1, în timp ce qubiții pot include o suprapunere a tuturor stărilor posibile.
Cele mai bune cadre pentru calculul cuantic
1. Circq
Cirq a fost construit de echipa Quantum AI a Google. Este folosit pentru a proiecta și îmbunătăți circuite cuantice care sunt apoi testate pe calculatoare și simulatoare cuantice. Cirq este fantastic, deoarece oferă simulatoare de dezvoltare care sunt destul de asemănătoare cu cele văzute în viața reală.
Acest lucru implică faptul că biblioteca își parcurge detaliile hardware din jurul NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum), astfel încât să putem fi siguri că algoritmul sau circuitul poate fi rulat pe un computer cuantic real după ce este terminat.
Ca rezultat, are potențialul de a fi exploatat pentru a crea circuite cuantice adaptabile și implementabile. Are și caracteristici de interoperabilitate. Un software care importă și exportă circuite și simulări cuantice, de exemplu.
Un cadru pentru programarea calculatoarelor cuantice care sunt open-source. Cirq este un Piton pachet software care vă permite să creați, să manipulați și să optimizați circuite cuantice înainte de a le executa pe calculatoare și simulatoare cuantice.
Cirq este o abstractizare eficientă pentru a face față calculatoarelor cuantice zgomotoase de astăzi, la scară intermediară, unde cerințele hardware sunt critice pentru obținerea unor rezultate de ultimă oră.
DESCRIERE
- De la porțile care funcționează pe qubiți, puteți învăța cum să proiectați circuite cuantice. Aflați ce este un moment și cum vă pot ajuta diversele tactici de inserare să vă construiți circuitul ideal. Aflați cum să tăiați și să tăiați circuite pentru a crea circuite noi și îmbunătățite.
- Restricțiile tehnologice au o influență semnificativă asupra faptului că un circuit poate fi implementat sau nu pe hardware-ul contemporan. Aflați cum să programați serviciul Google Quantum Computing și cum să creați dispozitive pentru a rezolva aceste limitări.
- Atât funcțiile de undă, cât și matricele de densitate au simulatoare încorporate în Cirq. Monte Carlo sau simulări cu matrice cu densitate completă pot fi folosite pentru a aborda canalele cuantice zgomotoase.
- Pentru a executa teste pe procesoarele cuantice de la Google, Cirq colaborează cu Quantum Computing Service.
2. ProjectQ
ETH Zurich a creat ProjectQ, o arhitectură software de calcul cuantic open-source. Oferă un robust și simplu sintaxă pentru ca utilizatorii să creeze aplicații cuantice în Python. ProjectQ poate converti apoi aceste scripturi în orice formă de back-end, fie că este un simulator de computer clasic sau un procesor cuantic.
ProjectQ poate converti apoi aceste aplicații în orice tip de back-end, cum ar fi un simulator de computer clasic sau un procesor cuantic, cum ar fi platforma IBM Quantum Experience.
DESCRIERE
- IT este un nivel înalt limbaj de programare pentru programe cuantice.
- Are un compilator modular și adaptabil.
- De asemenea, oferă o serie de backend hardware și software.
- O bibliotecă de calculatoare cuantice (FermiLib) pentru rezolvarea problemelor fermionice
- Cipul IBM Quantum Experience, dispozitivele AQT, AWS Braket și dispozitivele furnizate de servicii IonQ pot fi toate utilizate pentru a rula algoritmi cuantici.
- La un nivel mai înalt de abstractizare, programele cuantice pot fi emulate (de exemplu, mimând acțiunea oracolelor mari în loc să le compilați la porți de nivel scăzut)
- Pe computerele clasice, programele cuantice pot fi simulate.
3. Tensoflow Quantum
Cadrul Python TensorFlow Quantum (TFQ) este pentru quantum masina de învățare. TFQ este un cadru de aplicație TensorFlow care permite cercetătorilor din algoritmul cuantic și învățarea automată să utilizeze cadrele de calcul cuantic Google direct de la TensorFlow.
TensorFlow Quantum este un program care se concentrează pe datele cuantice și pe crearea de modele hibride cuantice-clasice. Combină tehnicile și logica de calcul cuantic proiectate de Cirq cu API-urile TensorFlow, precum și simulatoare de circuite cuantice de înaltă performanță.
Cadrul TFQ poate fi utilizat pentru a rula atât modele tradiționale, cât și modele hibride, cum ar fi Quantum CNN (QCNN). Ca rezultat, TFQ poate fi folosit pentru orice problemă la care anterior nu se putea răspunde folosind abordări tradiționale. Pentru a răspunde la anumite probleme din lumea reală, începeți cu TFQ pentru a crea modele hibride cuantice sau clasice.
DESCRIERE
- Cercetătorii pot folosi TFQ pentru a crea tensori folosind seturi de date cuantice, modele cuantice și parametri de control convenționali într-o singură rețea de calcul.
- Tensorii sunt folosiți pentru a stoca date cuantice (o matrice multidimensională de numere). Fiecare tensor de date cuantice este descris ca un circuit cuantic Cirq care creează date cuantice din mers.
- Cercetătorul poate folosi Cirq pentru a prototipa un cuantic rețele neuronale care va fi inclus într-un grafic de calcul TensorFlow mai târziu.
- Capacitatea de a antrena și executa simultan numeroase circuite cuantice este o caracteristică majoră a TensorFlow Quantum.
4. Percevel
Perceval este un cadru open-source pentru programarea calculatoarelor cuantice fotonice dezvoltat de Perceval, o companie franceză care se concentrează pe construirea unei noi generații de computere cuantice bazate pe manipularea luminii.
Perceval oferă instrumente pentru compunerea circuitelor din componente optice liniare, definirea surselor cu un singur foton, manipularea stărilor Fock, rularea simulărilor cuantice, reproducerea lucrărilor experimentale publicate și experimentarea cu o nouă generație de algoritmi cuantici printr-un API Python simplu orientat pe obiecte.
Scopul său este să fie un instrument însoțitor pentru construirea de circuite fotonice cuantice - pentru simularea și rafinarea designului lor, modelarea atât a comportamentului ideal, cât și real și oferind o interfață standardizată pentru a le controla prin noțiunea de backend.
Este optimizat pentru a funcționa pe un desktop local, cu multe îmbunătățiri pentru clusterele HPC și oferă acces la backend-uri sofisticate pentru simularea numerică și simbolică a algoritmilor cuantici pe circuite fotonice.
De asemenea, puteți utiliza un număr mare de componente prefabricate pentru a crea algoritmi și circuite optice liniare complicate. Este accesibilă o bibliotecă de algoritmi cunoscuți, precum și lecții despre cum să le folosești.
De asemenea, puteți utiliza câteva linii de cod pentru a executa experimente pentru a ajusta algoritmii, a compara cu datele experimentale și a recrea publicațiile publicate.
DESCRIERE
- O arhitectură unică, dedicată în totalitate opticii liniare și calculului cuantic fotonic
- Proiectul este un proiect open-source cu o arhitectură modulară care salută contribuțiile comunității.
- Folosind o bibliotecă imensă de componente prefabricate, creați algoritmi și circuite optice liniare complicate. Este accesibilă o bibliotecă de algoritmi cunoscuți, precum și lecții despre cum să le folosești.
- Experimentați cu algoritmi pentru a-i ajusta, comparați-i cu datele experimentale și copiați publicațiile existente în câteva rânduri de cod.
- Pentru a emula algoritmi cuantici pe circuite fotonice, utilizați backend-uri sofisticate. Perceval este proiectat să ruleze pe un desktop local din punct de vedere al performanței numerice și simbolice, cu multe îmbunătățiri pentru clusterele HPC.
5. Qiskit
Știm că dacă vorbim despre tehnologie de ultimă generație, IBM va avea ceva de oferit. Cu siguranță o face. QisKit este o platformă open-source pentru dezvoltarea de software cuantic.
Qiskit este un cadru software finanțat de IBM, care facilitează cunoașterea utilizatorilor cuantic calcul. Deoarece computerele cuantice sunt dificil de găsit, puteți folosi un furnizor de cloud precum setul de instrumente Qiskit de la IBM pentru a obține acces la unul.
Este complet gratuit de utilizat și tot codul este open-source. Există un manual online care vă învață toate elementele fundamentale ale fizicii cuantice, care este foarte util pentru începătorii care nu sunt familiarizați cu subiectul.
Calculatoarele cuantice pot fi utilizate la nivel de impulsuri, circuite și module de aplicație.
DESCRIERE
- Utilizatorii de diferite niveluri pot folosi Qiskit pentru cercetare și dezvoltare de aplicații, deoarece vine cu o colecție completă de porți cuantice și o gamă de circuite pre-construite.
- Puteți utiliza Qiskit Runtime pentru a coordona aplicații cuantice pe procesoare, QPU și GPU-uri bazate pe cloud, precum și pentru a rula și programa activități pe procesoare cuantice reale.
- Transpilerul convertește codul Qiskit într-un circuit eficient utilizând setul de porți nativ al backend-ului, permițând utilizatorilor să proiecteze pentru orice procesor sau arhitectură cuantică cu intrări minime.
Concluzie
Pentru a rezuma, computerele cuantice pot pătrunde rapid în tehnicile de criptare de astăzi într-un timp scurt, în timp ce cel mai mare supercomputer accesibil acum durează ani de zile.
În ciuda faptului că computerele cuantice vor fi capabile să spargă multe dintre schemele de criptare actuale, este de așteptat ca acestea să dezvolte alternative rezistente la piratare. Calculatoarele cuantice sunt fantastice în abordarea problemelor de optimizare.
Lasă un comentariu