క్వాంటం కంప్యూటింగ్ అనేది సాంప్రదాయిక కంప్యూటర్ల సామర్థ్యాలకు మించిన సమస్యలను పరిష్కరించడానికి క్వాంటం భౌతిక శాస్త్రాన్ని ఉపయోగించే ఒక నవల సాంకేతికత.
చాలా కంపెనీలు ఇప్పుడు వాస్తవ క్వాంటం హార్డ్వేర్ను పదివేల మంది డెవలపర్లకు అందుబాటులో ఉంచడానికి ప్రయత్నిస్తున్నాయి, ఈ సాధనం శాస్త్రవేత్తలు మూడు దశాబ్దాల క్రితం మాత్రమే కలలు కన్నారు.
ఫలితంగా, మా ఇంజనీర్లు తరచుగా పెరుగుతున్న శక్తివంతమైన సూపర్ కండక్టింగ్ క్వాంటం కంప్యూటర్లను అమలు చేస్తున్నారు, ప్రపంచాన్ని మార్చడానికి అవసరమైన క్వాంటం కంప్యూటింగ్ వేగం మరియు సామర్థ్యానికి మమ్మల్ని దగ్గర చేస్తున్నారు.
ఈ పోస్ట్లో, మేము నిశితంగా పరిశీలిస్తాము క్వాంటం కంప్యూటింగ్ మరియు దానితో పాటుగా ఉండే సాధనాలు మరియు ఫ్రేమ్వర్క్లు అలాగే 2022లో అవి ఎక్కడ ఉండబోతున్నాయి.
క్వాంటం కంప్యూటింగ్ అంటే ఏమిటి?
ఈ సూపర్కంప్యూటర్లు క్వాంటం ఫిజిక్స్లోని రెండు అంశాలైన సూపర్పొజిషన్ మరియు ఎంటాంగిల్మెంట్ సూత్రాలపై నిర్మించబడ్డాయి. క్వాంటం కంప్యూటర్లు ఇప్పుడు చాలా తక్కువ శక్తిని ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు సాంప్రదాయిక కంప్యూటర్ల కంటే వేగవంతమైన మాగ్నిట్యూడ్ ఆర్డర్ల వద్ద పనులను చేయగలవు.
1980లలో, క్వాంటం కంప్యూటింగ్ యొక్క ప్రాంతం ఉద్భవించింది. కొన్ని కంప్యూటర్ పనులను పరిష్కరించడంలో క్వాంటం అల్గారిథమ్లు వాటి సాంప్రదాయ సమానమైన వాటి కంటే మరింత సమర్థవంతంగా పనిచేస్తాయని అప్పుడు వెల్లడైంది.
క్వాంటం కంప్యూటింగ్ అనేది కంప్యూటర్ సైన్స్ యొక్క ఒక విభాగం, ఇది క్వాంటం థియరీ కాన్సెప్ట్ల ఆధారంగా కంప్యూటర్ టెక్నాలజీ అభివృద్ధిపై దృష్టి పెడుతుంది. ఇది 0 మరియు 1 వంటి అనేక రాష్ట్రాల్లో ఒకేసారి ఉనికిలో ఉండే సబ్టామిక్ కణాల అసాధారణ సామర్థ్యాన్ని ఉపయోగించుకుంటుంది. అవి సాధారణ కంప్యూటర్ల కంటే చాలా ఎక్కువ డేటాను ప్రాసెస్ చేయగలవు.
క్వాంటం కంప్యూటింగ్ కార్యకలాపాలలో క్విట్ను రూపొందించడానికి ఒక వస్తువు యొక్క క్వాంటం స్థితి ఉపయోగించబడుతుంది. Qubits అనేది క్వాంటం కంప్యూటింగ్ యొక్క ప్రాథమిక డేటా యూనిట్లు. క్వాంటం కంప్యూటింగ్లో, అవి సాధారణ కంప్యూటింగ్లో బిట్స్ చేసే అదే పనిని అందిస్తాయి, కానీ అవి చాలా భిన్నంగా ప్రవర్తిస్తాయి.
సాంప్రదాయ బిట్లు బైనరీ మరియు 0 లేదా 1 స్థానాన్ని మాత్రమే నిర్వహించగలవు, అయితే క్విట్లు సాధ్యమయ్యే అన్ని స్థితుల యొక్క సూపర్పొజిషన్ను కలిగి ఉంటాయి.
క్వాంటం కంప్యూటింగ్ కోసం ఉత్తమ ఫ్రేమ్వర్క్లు
1. సిర్క్
Cirq Google యొక్క క్వాంటం AI బృందంచే నిర్మించబడింది. ఇది క్వాంటం కంప్యూటర్లు మరియు సిమ్యులేటర్లలో పరీక్షించబడే క్వాంటం సర్క్యూట్లను రూపొందించడానికి మరియు మెరుగుపరచడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. సిర్క్ అద్భుతంగా ఉంది, ఎందుకంటే ఇది నిజ జీవితంలో కనిపించే వాటికి సమానమైన డెవలప్మెంట్ సిమ్యులేటర్లను అందిస్తుంది.
NISQ (నాయిస్ ఇంటర్మీడియట్-స్కేల్ క్వాంటం) చుట్టూ ఉన్న హార్డ్వేర్ వివరాల ద్వారా లైబ్రరీ పని చేస్తుందని ఇది సూచిస్తుంది, తద్వారా అల్గోరిథం లేదా సర్క్యూట్ పూర్తయిన తర్వాత నిజమైన క్వాంటం కంప్యూటర్లో అమలు చేయబడుతుందని మేము నిర్ధారించుకోవచ్చు.
తత్ఫలితంగా, అనుకూల మరియు అమలు చేయగల క్వాంటం సర్క్యూట్లను రూపొందించడానికి ఇది దోపిడీకి గురయ్యే అవకాశం ఉంది. ఇది ఇంటర్ఆపరేబిలిటీ ఫీచర్లను కూడా కలిగి ఉంది. ఉదాహరణకు, క్వాంటం సర్క్యూట్లు మరియు అనుకరణలను దిగుమతి చేసే మరియు ఎగుమతి చేసే సాఫ్ట్వేర్.
ఓపెన్ సోర్స్ అయిన క్వాంటం కంప్యూటర్లను ప్రోగ్రామింగ్ చేయడానికి ఫ్రేమ్వర్క్. సర్క్ అనేది a పైథాన్ క్వాంటం కంప్యూటర్లు మరియు సిమ్యులేటర్లలో వాటిని అమలు చేయడానికి ముందు క్వాంటం సర్క్యూట్లను సృష్టించడానికి, మార్చడానికి మరియు ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి మిమ్మల్ని అనుమతించే సాఫ్ట్వేర్ ప్యాకేజీ.
Cirq అనేది నేటి ధ్వనించే ఇంటర్మీడియట్-స్కేల్ క్వాంటం కంప్యూటర్లతో వ్యవహరించడానికి సమర్థవంతమైన సంగ్రహణ, ఇక్కడ అత్యాధునిక ఫలితాలను సాధించడానికి హార్డ్వేర్ అవసరాలు కీలకం.
లక్షణాలు
- క్విట్లపై పనిచేసే గేట్ల నుండి, మీరు క్వాంటం సర్క్యూట్లను ఎలా డిజైన్ చేయాలో తెలుసుకోవచ్చు. ఒక క్షణం అంటే ఏమిటి మరియు మీ ఆదర్శ సర్క్యూట్ను నిర్మించడంలో వివిధ చొప్పించే వ్యూహాలు మీకు ఎలా సహాయపడతాయో తెలుసుకోండి. కొత్త మరియు మెరుగైన సర్క్యూట్లను సృష్టించడానికి సర్క్యూట్లను ముక్కలు చేయడం మరియు పాచికలు చేయడం ఎలాగో తెలుసుకోండి.
- సమకాలీన హార్డ్వేర్పై సర్క్యూట్ను అమలు చేయవచ్చా లేదా అనే దానిపై సాంకేతిక పరిమితులు గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతాయి. Google యొక్క క్వాంటం కంప్యూటింగ్ సేవను ఎలా ప్రోగ్రామ్ చేయాలో మరియు ఈ పరిమితులను పరిష్కరించడానికి పరికరాలను ఎలా సృష్టించాలో తెలుసుకోండి.
- వేవ్ ఫంక్షన్లు మరియు డెన్సిటీ మాత్రికలు రెండూ సిర్క్లో అంతర్నిర్మిత సిమ్యులేటర్లను కలిగి ఉన్నాయి. మోంటే కార్లో లేదా ఫుల్ డెన్సిటీ మ్యాట్రిక్స్ అనుకరణలు ధ్వనించే క్వాంటం ఛానెల్లను పరిష్కరించడానికి ఉపయోగించవచ్చు.
- Google యొక్క క్వాంటం ప్రాసెసర్లపై పరీక్షలను అమలు చేయడానికి, Cirq క్వాంటం కంప్యూటింగ్ సేవతో సహకరిస్తుంది.
2. ప్రాజెక్ట్ క్యూ
ETH జ్యూరిచ్ ప్రాజెక్ట్క్యూని సృష్టించింది, ఇది ఓపెన్ సోర్స్ క్వాంటం కంప్యూటింగ్ సాఫ్ట్వేర్ ఆర్కిటెక్చర్. ఇది బలమైన మరియు సూటిగా అందిస్తుంది వాక్యనిర్మాణం వినియోగదారులు పైథాన్లో క్వాంటం అప్లికేషన్లను సృష్టించడానికి. ProjectQ ఈ స్క్రిప్ట్లను ఏ విధమైన బ్యాక్-ఎండ్కి మార్చగలదు, అది క్లాసికల్ కంప్యూటర్ సిమ్యులేటర్ అయినా లేదా క్వాంటం ప్రాసెసర్ అయినా.
ProjectQ ఈ అప్లికేషన్లను క్లాసికల్ కంప్యూటర్ సిమ్యులేటర్ లేదా IBM క్వాంటం ఎక్స్పీరియన్స్ ప్లాట్ఫారమ్ వంటి క్వాంటం ప్రాసెసర్ వంటి ఏదైనా బ్యాక్-ఎండ్లకు మార్చగలదు.
లక్షణాలు
- ఐటీ అనేది ఉన్నత స్థాయి ప్రోగ్రామింగ్ భాష క్వాంటం ప్రోగ్రామ్ల కోసం.
- ఇది మాడ్యులర్ మరియు అడాప్టబుల్ కంపైలర్ని కలిగి ఉంది.
- ఇది అనేక హార్డ్వేర్ మరియు సాఫ్ట్వేర్ బ్యాకెండ్లను కూడా అందిస్తుంది.
- ఫెర్మియోనిక్ సమస్యలను పరిష్కరించడానికి క్వాంటం కంప్యూటర్ లైబ్రరీ (ఫెర్మిలిబ్).
- IBM క్వాంటం ఎక్స్పీరియన్స్ చిప్, AQT పరికరాలు, AWS బ్రాకెట్ మరియు IonQ సర్వీస్ అందించిన పరికరాలు అన్నీ క్వాంటం అల్గారిథమ్లను అమలు చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు.
- అధిక స్థాయి సంగ్రహణలో, క్వాంటం ప్రోగ్రామ్లను అనుకరించవచ్చు (ఉదా, తక్కువ-స్థాయి గేట్లకు కంపైల్ చేయడానికి బదులుగా పెద్ద ఒరాకిల్స్ చర్యను అనుకరించడం)
- క్లాసికల్ కంప్యూటర్లలో, క్వాంటం ప్రోగ్రామ్లను అనుకరించవచ్చు.
3. టెన్సోఫ్లో క్వాంటం
పైథాన్ ఫ్రేమ్వర్క్ టెన్సర్ఫ్లో క్వాంటం (TFQ) క్వాంటం కోసం యంత్ర అభ్యాసం. TFQ అనేది TensorFlow అప్లికేషన్ ఫ్రేమ్వర్క్, ఇది క్వాంటం అల్గారిథమ్ మరియు మెషిన్ లెర్నింగ్ పరిశోధకులను నేరుగా TensorFlow నుండి Google క్వాంటం కంప్యూటింగ్ ఫ్రేమ్వర్క్లను ఉపయోగించడానికి అనుమతిస్తుంది.
టెన్సర్ఫ్లో క్వాంటం అనేది క్వాంటం డేటా మరియు క్వాంటం-క్లాసికల్ హైబ్రిడ్ మోడల్ల సృష్టిపై దృష్టి సారించే ప్రోగ్రామ్. ఇది Cirq-రూపొందించిన క్వాంటం కంప్యూటింగ్ పద్ధతులు మరియు TensorFlow APIలతో లాజిక్లను, అలాగే అధిక-పనితీరు గల క్వాంటం సర్క్యూట్ అనుకరణ యంత్రాలను మిళితం చేస్తుంది.
TFQ ఫ్రేమ్వర్క్ను క్వాంటమ్ CNN (QCNN) వంటి సాంప్రదాయ మరియు హైబ్రిడ్ మోడల్లను అమలు చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు. ఫలితంగా, TFQ సాంప్రదాయ విధానాలను ఉపయోగించి సమాధానం ఇవ్వడం మునుపు అసాధ్యంగా ఉన్న ఏదైనా సమస్యకు ఉపయోగించవచ్చు. కొన్ని వాస్తవ-ప్రపంచ సమస్యలకు సమాధానమివ్వడానికి, క్వాంటం లేదా క్వాంటం-క్లాసికల్ హైబ్రిడ్ మోడల్లను రూపొందించడానికి TFQతో ప్రారంభించండి.
లక్షణాలు
- ఒకే గణన నెట్వర్క్లో క్వాంటం డేటాసెట్లు, క్వాంటం మోడల్లు మరియు సంప్రదాయ నియంత్రణ పారామితులను ఉపయోగించి టెన్సర్లను రూపొందించడానికి పరిశోధకులు TFQని ఉపయోగించవచ్చు.
- క్వాంటం డేటాను నిల్వ చేయడానికి టెన్సర్లు ఉపయోగించబడతాయి (సంఖ్యల బహుళ డైమెన్షనల్ శ్రేణి). క్వాంటం డేటా యొక్క ప్రతి టెన్సర్, ఫ్లైలో క్వాంటం డేటాను సృష్టించే సర్క్ క్వాంటం సర్క్యూట్గా వర్ణించబడింది.
- పరిశోధకుడు క్వాంటంను ప్రోటోటైప్ చేయడానికి సిర్క్ను ఉపయోగించవచ్చు నాడీ నెట్వర్క్ అది తర్వాత TensorFlow కంప్యూట్ గ్రాఫ్లో చేర్చబడుతుంది.
- అనేక క్వాంటం సర్క్యూట్లకు ఏకకాలంలో శిక్షణనిచ్చే మరియు అమలు చేయగల సామర్థ్యం టెన్సర్ఫ్లో క్వాంటం యొక్క ప్రధాన లక్షణం.
4. గ్రహించు
పెర్సెవాల్ అనేది ఫోటోనిక్ క్వాంటం కంప్యూటర్లను ప్రోగ్రామింగ్ చేయడానికి ఓపెన్ సోర్స్ ఫ్రేమ్వర్క్, ఇది లైట్ మానిప్యులేషన్ ఆధారంగా కొత్త తరం క్వాంటం కంప్యూటర్లను రూపొందించడంపై దృష్టి సారించే ఫ్రెంచ్ వ్యాపారమైన పెర్సెవాల్ అభివృద్ధి చేసింది.
లీనియర్ ఆప్టికల్ భాగాల నుండి సర్క్యూట్లను కంపోజ్ చేయడం, సింగిల్-ఫోటాన్ మూలాలను నిర్వచించడం, ఫోక్ స్టేట్లను మార్చడం, క్వాంటం అనుకరణలను అమలు చేయడం, ప్రచురించిన ప్రయోగాత్మక పత్రాలను పునరుత్పత్తి చేయడం మరియు సాధారణ ఆబ్జెక్ట్-ఓరియెంటెడ్ పైథాన్ API ద్వారా కొత్త తరం క్వాంటం అల్గారిథమ్లతో ప్రయోగాలు చేయడం వంటి సాధనాలను Perceval అందిస్తుంది.
దీని లక్ష్యం క్వాంటం ఫోటోనిక్ సర్క్యూట్లను నిర్మించడానికి ఒక సహచర సాధనం - వాటి డిజైన్ను అనుకరించడం మరియు మెరుగుపరచడం, ఆదర్శ మరియు వాస్తవ ప్రవర్తన రెండింటినీ మోడలింగ్ చేయడం మరియు బ్యాకెండ్ల భావన ద్వారా వాటిని నియంత్రించడానికి ప్రామాణిక ఇంటర్ఫేస్ను అందించడం.
ఇది స్థానిక డెస్క్టాప్పై పనిచేయడానికి ఆప్టిమైజ్ చేయబడింది, HPC క్లస్టర్ల కోసం అనేక మెరుగుదలలు మరియు ఫోటోనిక్ సర్క్యూట్లపై క్వాంటం అల్గారిథమ్ల సంఖ్యా మరియు సింబాలిక్ సిమ్యులేషన్ కోసం అధునాతన బ్యాకెండ్లకు యాక్సెస్ను అందిస్తుంది.
మీరు అల్గారిథమ్లు మరియు సంక్లిష్టమైన లీనియర్ ఆప్టిక్స్ సర్క్యూట్లను రూపొందించడానికి విస్తృత సంఖ్యలో ముందుగా నిర్మించిన భాగాలను కూడా ఉపయోగించవచ్చు. బాగా తెలిసిన అల్గారిథమ్ల లైబ్రరీ అందుబాటులో ఉంది, అలాగే వాటిని ఎలా ఉపయోగించాలనే దానిపై పాఠాలు ఉంటాయి.
మీరు అల్గారిథమ్లను ఫైన్-ట్యూన్ చేయడానికి ప్రయోగాలను అమలు చేయడానికి, ప్రయోగాత్మక డేటాతో సరిపోల్చడానికి మరియు ప్రచురించిన ప్రచురణలను పునఃసృష్టి చేయడానికి కొన్ని కోడ్ లైన్లను కూడా ఉపయోగించవచ్చు.
లక్షణాలు
- లీనియర్ ఆప్టిక్స్ మరియు ఫోటోనిక్ క్వాంటం కంప్యూటింగ్ కోసం పూర్తిగా అంకితం చేయబడిన ఒక-యొక్క-రకం ఆర్కిటెక్చర్
- ప్రాజెక్ట్ కమ్యూనిటీ సహకారాలను స్వాగతించే మాడ్యులర్ ఆర్కిటెక్చర్తో కూడిన ఓపెన్ సోర్స్ ప్రాజెక్ట్.
- ముందుగా నిర్మించిన భాగాల యొక్క భారీ లైబ్రరీని ఉపయోగించి, అల్గారిథమ్లు మరియు సంక్లిష్టమైన లీనియర్ ఆప్టిక్స్ సర్క్యూట్లను సృష్టించండి. బాగా తెలిసిన అల్గారిథమ్ల లైబ్రరీ అందుబాటులో ఉంది, అలాగే వాటిని ఎలా ఉపయోగించాలనే దానిపై పాఠాలు ఉంటాయి.
- వాటిని చక్కగా ట్యూన్ చేయడానికి అల్గారిథమ్లతో ప్రయోగాలు చేయండి, వాటిని ప్రయోగాత్మక డేటాతో సరిపోల్చండి మరియు ఇప్పటికే ఉన్న ప్రచురణలను కొన్ని పంక్తుల కోడ్లో కాపీ చేయండి.
- ఫోటోనిక్ సర్క్యూట్లపై క్వాంటం అల్గారిథమ్లను అనుకరించడానికి, అధునాతన బ్యాకెండ్లను ఉపయోగించండి. Perceval అనేది HPC క్లస్టర్ల కోసం అనేక మెరుగుదలలతో సంఖ్యా మరియు సింబాలిక్ పనితీరు రెండింటి పరంగా స్థానిక డెస్క్టాప్పై అమలు చేయడానికి రూపొందించబడింది.
5. క్విస్కిట్
మేము తదుపరి తరం సాంకేతికత గురించి మాట్లాడుతున్నట్లయితే, IBM ఏదైనా ఆఫర్ చేస్తుందని మాకు తెలుసు. ఇది ఖచ్చితంగా చేస్తుంది. క్విస్కిట్ క్వాంటం సాఫ్ట్వేర్ను అభివృద్ధి చేయడానికి ఓపెన్ సోర్స్ ప్లాట్ఫారమ్.
Qiskit అనేది IBM-నిధులతో కూడిన సాఫ్ట్వేర్ ఫ్రేమ్వర్క్, దీని గురించి వినియోగదారులు సులభంగా తెలుసుకోవచ్చు క్వాంటం కంప్యూటింగ్. క్వాంటం కంప్యూటర్లు రావడం కష్టం కాబట్టి, మీరు IBM యొక్క Qiskit టూల్కిట్ వంటి క్లౌడ్ ప్రొవైడర్ని ఒకదానికి యాక్సెస్ని పొందవచ్చు.
ఇది ఉపయోగించడానికి పూర్తిగా ఉచితం మరియు కోడ్ మొత్తం ఓపెన్ సోర్స్. క్వాంటం ఫిజిక్స్ యొక్క అన్ని ప్రాథమికాలను మీకు బోధించే ఆన్లైన్ పాఠ్యపుస్తకం ఉంది, ఇది విషయం గురించి తెలియని ప్రారంభకులకు చాలా ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది.
క్వాంటం కంప్యూటర్లను పప్పులు, సర్క్యూట్లు మరియు అప్లికేషన్ మాడ్యూల్స్ స్థాయిలో ఉపయోగించవచ్చు.
లక్షణాలు
- వివిధ స్థాయిల వినియోగదారులు Qiskitని రీసెర్చ్ మరియు అప్లికేషన్ డెవలప్మెంట్ కోసం ఉపయోగించవచ్చు ఎందుకంటే ఇది క్వాంటం గేట్ల పూర్తి సేకరణ మరియు ముందే నిర్మించిన సర్క్యూట్ల శ్రేణితో వస్తుంది.
- క్లౌడ్-ఆధారిత CPUలు, QPUలు మరియు GPUలపై క్వాంటం అప్లికేషన్లను సమన్వయం చేయడానికి మీరు Qiskit రన్టైమ్ని ఉపయోగించవచ్చు, అలాగే వాస్తవ క్వాంటం ప్రాసెసర్లలో కార్యకలాపాలను అమలు చేయడం మరియు షెడ్యూల్ చేయడం వంటివి చేయవచ్చు.
- ట్రాన్స్పైలర్ Qiskit కోడ్ను బ్యాకెండ్ యొక్క స్థానిక గేట్ సెట్ని ఉపయోగించి సమర్థవంతమైన సర్క్యూట్గా మారుస్తుంది, వినియోగదారులను కనీస ఇన్పుట్లతో ఏదైనా క్వాంటం ప్రాసెసర్ లేదా ఆర్కిటెక్చర్ కోసం డిజైన్ చేయడానికి అనుమతిస్తుంది.
ముగింపు
క్లుప్తంగా చెప్పాలంటే, క్వాంటం కంప్యూటర్లు ఈనాటి ఎన్క్రిప్షన్ టెక్నిక్లను తక్కువ సమయంలో త్వరగా చొచ్చుకుపోగలవు, అయితే ఇప్పుడు అందుబాటులో ఉండే గొప్ప సూపర్ కంప్యూటర్కి సంవత్సరాలు పడుతుంది.
క్వాంటం కంప్యూటర్లు నేటి అనేక గుప్తీకరణ పథకాలను ఛేదించగలవు అనే వాస్తవం ఉన్నప్పటికీ, అవి హ్యాక్ ప్రూఫ్ ప్రత్యామ్నాయాలను అభివృద్ధి చేస్తాయని భావిస్తున్నారు. ఆప్టిమైజేషన్ సమస్యలను పరిష్కరించడంలో క్వాంటం కంప్యూటర్లు అద్భుతమైనవి.
సమాధానం ఇవ్వూ