Llogaritja kuantike është një teknologji e re që përdor fizikën kuantike për të adresuar çështje që janë përtej aftësive të kompjuterëve tradicionalë.
Shumë kompani tani po përpiqen të vënë në dispozicion një pajisje kuantike aktuale për dhjetëra mijëra zhvillues, një mjet që shkencëtarët e kishin ëndërruar vetëm rreth tre dekada më parë.
Si rezultat, inxhinierët tanë po përdorin shpesh kompjuterë kuantikë superpërcjellës gjithnjë e më të fuqishëm, duke na afruar me shpejtësinë dhe kapacitetin e llogaritjes kuantike të nevojshme për të ndryshuar botën.
Në këtë postim, ne do t'i hedhim një vështrim më të afërt informatikë kuantike dhe mjetet dhe kornizat që shkojnë së bashku me të, si dhe ku do të jenë në 2022.
Çfarë është kompjuteri kuantik?
Këta superkompjuterë janë ndërtuar mbi parimet e mbivendosjes dhe ngatërrimit, të cilat janë dy aspekte të fizikës kuantike. Kompjuterët kuantikë tani mund të kryejnë detyra me ritme që janë renditje të përmasave më të shpejta se kompjuterët tradicionalë duke përdorur shumë më pak energji.
Në vitet 1980, u ngrit fusha e llogaritjes kuantike. Më pas u zbulua se algoritmet kuantike ishin më efikase se ekuivalentët e tyre konvencionalë në zgjidhjen e detyrave të caktuara kompjuterike.
Informatika kuantike është një disiplinë e shkencës kompjuterike që fokusohet në avancimin e teknologjisë kompjuterike bazuar në konceptet e teorisë kuantike. Ai përdor aftësinë e jashtëzakonshme të grimcave nënatomike për të ekzistuar në disa gjendje njëherësh, si 0 dhe 1. Ato janë të afta të përpunojnë dukshëm më shumë të dhëna sesa kompjuterët e zakonshëm.
Gjendja kuantike e një artikulli përdoret për të krijuar një kubit në operacionet e llogaritjes kuantike. Kubitët janë njësitë themelore të të dhënave të llogaritjes kuantike. Në llogaritjen kuantike, ata shërbejnë të njëjtën punë që bëjnë bitet në llogaritjen e zakonshme, por ato sillen krejt ndryshe.
Bitët tradicionalë janë binare dhe mund të mbajnë vetëm një pozicion prej 0 ose 1, ndërsa kubitët mund të përfshijnë një mbivendosje të të gjitha gjendjeve të mundshme.
Kornizat më të mira për llogaritjen kuantike
1. Rrethi
Cirq u ndërtua nga ekipi Quantum AI i Google. Përdoret për të dizajnuar dhe përmirësuar qarqet kuantike që më pas testohen në kompjuterë dhe simulatorë kuantikë. Cirq është fantastik pasi ofron simulatorë zhvillimi që janë mjaft të ngjashëm me ata që shihen në jetën reale.
Kjo nënkupton që biblioteka punon në rrugën e saj përmes detajeve të harduerit që rrethojnë NISQ (Nisy Intermediate-Scale Quantum) në mënyrë që të mund të jemi të sigurt se algoritmi ose qarku mund të ekzekutohet në një kompjuter kuantik të vërtetë pasi të ketë përfunduar.
Si rezultat, ai ka potencialin për t'u shfrytëzuar për të krijuar qarqe kuantike adaptive dhe të dislokueshme. Ai gjithashtu ka veçori të ndërveprimit. Një softuer që importon dhe eksporton qarqe kuantike dhe simulime, për shembull.
Një kornizë për programimin e kompjuterëve kuantikë që janë me burim të hapur. Cirq është një Piton paketë softuerike që ju lejon të krijoni, manipuloni dhe optimizoni qarqet kuantike përpara se t'i ekzekutoni ato në kompjuterë dhe simulatorë kuantikë.
Cirq është një abstraksion efikas për trajtimin e kompjuterëve kuantikë të sotëm të zhurmshëm të shkallës së mesme, ku kërkesat e harduerit janë kritike për arritjen e rezultateve të fundit.
karakteristika
- Nga portat që funksionojnë në kubit, mund të mësoni se si të dizajnoni qarqe kuantike. Mësoni se çfarë është një Moment dhe se si taktika të ndryshme të futjes mund t'ju ndihmojnë në ndërtimin e qarkut tuaj ideal. Mësoni se si të preni dhe preni qarqet me zare në mënyrë që të krijoni qarqe të reja dhe të përmirësuara.
- Kufizimet e teknologjisë kanë një ndikim të rëndësishëm nëse një qark mund të zbatohet ose jo në pajisjen bashkëkohore. Mësoni se si të programoni Shërbimin Kuantik të Llogaritjes së Google dhe si të krijoni pajisje për të adresuar këto kufizime.
- Të dy funksionet e valës dhe matricat e densitetit kanë simulatorë të integruar në Cirq. Monte Carlo ose simulimet e matricës me densitet të plotë mund të përdoren për të trajtuar kanalet kuantike të zhurmshme.
- Për të ekzekutuar teste në procesorët kuantikë të Google, Cirq bashkëpunon me Quantum Computing Service.
2. ProjektQ
ETH Zurich krijoi ProjectQ, një arkitekturë e softuerit kompjuterik kuantik me burim të hapur. Ai siguron një të fortë dhe të drejtpërdrejtë sintaksë që përdoruesit të krijojnë aplikacione kuantike në Python. ProjectQ më pas mund t'i konvertojë këto skripta në çdo formë të back-end, qoftë ky një imitues kompjuterik klasik ose një procesor kuantik.
ProjectQ më pas mund t'i konvertojë këto aplikacione në çdo lloj prapambetjeje, të tillë si një simulator kompjuterik klasik ose një procesor kuantik, siç është platforma IBM Quantum Experience.
karakteristika
- TI është një nivel i lartë gjuhë programimi për programet kuantike.
- Ka një përpilues modular dhe të adaptueshëm.
- Ai gjithashtu ofron një numër të pajisjeve mbështetëse dhe softuerësh.
- Një bibliotekë kuantike kompjuterike (FermiLib) për zgjidhjen e çështjeve fermionike
- Çipi IBM Quantum Experience, pajisjet AQT, AWS Braket dhe pajisjet e ofruara nga shërbimi IonQ mund të përdoren të gjitha për të ekzekutuar algoritme kuantike.
- Në një nivel më të lartë abstraksioni, programet kuantike mund të imitohen (p.sh., duke imituar veprimin e orakujve të mëdhenj në vend që t'i përpiloni ato në porta të nivelit të ulët)
- Në kompjuterët klasikë, programet kuantike mund të simulohen.
3. Tensoflow Kuantike
Korniza e Python TensorFlow Quantum (TFQ) është për kuantike Mësimi makinë. TFQ është një kornizë aplikimi TensorFlow që lejon algoritmet kuantike dhe studiuesit e mësimit të makinerive të përdorin kornizat kuantike të llogaritjes së Google direkt nga TensorFlow.
TensorFlow Quantum është një program që fokusohet në të dhënat kuantike dhe krijimin e modeleve hibride kuantike-klasike. Ai kombinon teknikat dhe logjikën e llogaritjes kuantike të dizajnuara nga Cirq me API-të e TensorFlow, si dhe simulatorët e qarkut kuantik me performancë të lartë.
Korniza TFQ mund të përdoret për të ekzekutuar modele tradicionale dhe hibride, të tilla si Quantum CNN (QCNN). Si rezultat, TFQ mund të përdoret për çdo problem që më parë ishte i pamundur për t'iu përgjigjur duke përdorur qasjet tradicionale. Për t'iu përgjigjur disa problemeve të botës reale, filloni me TFQ për të krijuar modele hibride kuantike ose kuantike-klasike.
karakteristika
- Studiuesit mund të përdorin TFQ për të krijuar tensorë duke përdorur grupe të dhënash kuantike, modele kuantike dhe parametra konvencionale të kontrollit në një rrjet të vetëm llogaritës.
- Tenzorët përdoren për të ruajtur të dhënat kuantike (një grup shumë-dimensional numrash). Çdo tensor i të dhënave kuantike përshkruhet si një qark kuantik Cirq që krijon të dhëna kuantike në fluturim.
- Studiuesi mund të përdorë Cirq për të prototipuar një kuant Rrjeti nervoz që do të përfshihet në një grafik llogaritës TensorFlow më vonë.
- Kapaciteti për të trajnuar dhe ekzekutuar njëkohësisht qarqe të shumta kuantike është një tipar kryesor i TensorFlow Quantum.
4. Percevel
Perceval është një kornizë me burim të hapur për programimin e kompjuterëve kuantikë fotonikë të zhvilluar nga Perceval, një biznes francez që fokusohet në ndërtimin e një gjenerate të re kompjuterësh kuantikë të bazuar në manipulimin e dritës.
Perceval ofron mjete për kompozimin e qarqeve nga komponentët optikë linearë, përcaktimin e burimeve me një foton, manipulimin e gjendjeve Fock, ekzekutimin e simulimeve kuantike, riprodhimin e dokumenteve eksperimentale të publikuara dhe eksperimentimin me një gjeneratë të re të algoritmeve kuantike përmes një API të thjeshtë Python të orientuar nga objekti.
Qëllimi i tij është të jetë një mjet shoqërues për ndërtimin e qarqeve fotonike kuantike - për simulimin dhe përsosjen e dizajnit të tyre, modelimin e sjelljes ideale dhe aktuale dhe ofrimin e një ndërfaqe të standardizuar për t'i kontrolluar ato nëpërmjet nocionit të backend-eve.
Është optimizuar për të funksionuar në një desktop lokal, me shumë përmirësime për grupimet HPC dhe ofron akses në prapavijë të sofistikuar për simulimin numerik dhe simbolik të algoritmeve kuantike në qarqet fotonike.
Ju gjithashtu mund të përdorni një numër të madh komponentësh të parafabrikuar për të krijuar algoritme dhe qarqe të ndërlikuara optike lineare. Një bibliotekë me algoritme të njohura është e disponueshme, si dhe mësime se si t'i përdorni ato.
Ju gjithashtu mund të përdorni disa rreshta kodi për të ekzekutuar eksperimente për të rregulluar mirë algoritmet, për të krahasuar me të dhënat eksperimentale dhe për të rikrijuar botime të publikuara.
karakteristika
- Një arkitekturë e veçantë e dedikuar tërësisht ndaj optikës lineare dhe kompjuterit kuantik fotonik
- Projekti është një projekt me burim të hapur me një arkitekturë modulare që mirëpret kontributet e komunitetit.
- Duke përdorur një bibliotekë të madhe të komponentëve të parafabrikuar, krijoni algoritme dhe qarqe të ndërlikuara optike lineare. Një bibliotekë me algoritme të njohura është e disponueshme, si dhe mësime se si t'i përdorni ato.
- Eksperimentoni me algoritme për t'i rregulluar ato, krahasoni ato me të dhënat eksperimentale dhe kopjoni botimet ekzistuese në disa rreshta kodi.
- Për të imituar algoritmet kuantike në qarqet fotonike, përdorni mbështetëse të sofistikuara. Perceval është projektuar për të ekzekutuar në një desktop lokal për sa i përket performancës numerike dhe simbolike, me shumë përmirësime për grupimet HPC.
5. Qiskit
Ne e dimë se nëse po flasim për teknologjinë e gjeneratës së ardhshme, IBM do të ketë diçka për të ofruar. Sigurisht që e bën. QisKit është një platformë me burim të hapur për zhvillimin e softuerit kuantik.
Qiskit është një kornizë softuerike e financuar nga IBM që e bën më të lehtë për përdoruesit të mësojnë rreth tij informatikë kuantike. Për shkak se kompjuterët kuantikë janë të vështirë për t'u gjetur, ju mund të përdorni një ofrues të resë kompjuterike si pajisja e veglave Qiskit e IBM për të marrë akses në një të tillë.
Është plotësisht falas për t'u përdorur, dhe i gjithë kodi është burim të hapur. Ekziston një libër shkollor në internet që ju mëson të gjitha bazat e fizikës kuantike, i cili është shumë i dobishëm për fillestarët që nuk janë të njohur me këtë temë.
Kompjuterët kuantikë mund të përdoren në nivelin e pulseve, qarqeve dhe moduleve të aplikimit.
karakteristika
- Përdoruesit e niveleve të ndryshme mund të përdorin Qiskit për kërkime dhe zhvillim aplikacionesh sepse vjen me një koleksion të plotë portash kuantike dhe një sërë qarqesh të para-ndërtuara.
- Ju mund të përdorni Qiskit Runtime për të koordinuar aplikacionet kuantike në CPU, QPU dhe GPU të bazuara në cloud, si dhe të ekzekutoni dhe planifikoni aktivitete në procesorët aktualë kuantikë.
- Transpiluesi konverton kodin Qiskit në një qark efikas duke shfrytëzuar grupin e portës vendase të backend-it, duke i lejuar përdoruesit të dizajnojnë për çdo procesor kuantik ose arkitekturë me hyrje minimale.
Përfundim
Për ta përmbledhur, kompjuterët kuantikë mund të depërtojnë shpejt në teknikat e sotme të enkriptimit në një kohë të shkurtër, ndërsa superkompjuteri më i madh i aksesueshëm tani kërkon vite.
Pavarësisht nga fakti se kompjuterët kuantikë do të jenë të aftë të thyejnë shumë nga skemat e sotme të enkriptimit, pritet që ata të zhvillojnë alternativa të mbrojtura nga hakimet. Kompjuterët kuantikë janë fantastikë në trajtimin e çështjeve të optimizimit.
Lini një Përgjigju