Бо тағирёбии рақамӣ ҷаҳон аз ҳарвақта зудтар тағйир меёбад.
Бо пайдоиши навбатии мавҷи нави технологияи, ки қодир аст, ки парадигмаҳои кунуниро бо суръат ва қудрати ҳайратангез тағир диҳад: ҳисоббарории квантӣ, фаҳмидани ғояҳои бунёдии давраи рақамӣ боз ҳам муҳимтар хоҳад шуд.
Як техникаи пешрафта бо номи ҳисоббарории квантӣ барои ҳалли мушкилоте, ки аз доираи компютерҳои муқаррарӣ берунанд, физикаи квантиро истифода мебарад.
Принсипҳои назарияи квантӣ нишон медиҳанд, ки материя ва энергия дар миқёси атомӣ ва субатомӣ чӣ гуна рафтор мекунанд ва Qiskit-и IBM маҷмӯаи таҳияи нармафзори квантии сарчашмаи кушодаест, ки дар эҷоди системаҳои ҳисоббарории квантӣ кӯмак мекунад.
Ин мақола кӯшиш мекунад, ки инро шарҳ диҳад ва ба шумо шарҳи ҳисобҳои квантиро пешниҳод кунад.
Мо ба хонандагони худ бо ёрии ҳисоббарории квантии кушодаасос мефаҳмонем SDK, яъне. Qiskit ва бигзор онҳо омӯхтани истифода Ноутбукҳои Jupyter дар IBM Quantum Lab ҷойгир шудааст.
Компютерҳои квантӣ чист?
Ҳисобкунии квантӣ як бахши илми информатика мебошад, ки ба рушди технологияи компютерӣ бо истифода аз ғояҳои назарияи квантӣ тамаркуз мекунад.
Он аз қобилияти истисноии зарраҳои субатомӣ барои ҳамзамон дар бисёр иёлотҳо, ба монанди 0 ва 1, истифода мебарад.
Онҳо метавонанд нисбат ба компютерҳои муқаррарӣ маълумоти бештарро коркард кунанд.
Дар равандҳои ҳисоббарории квантӣ кубит бо истифода аз ҳолати квантии объект сохта мешавад. Қисмҳои муҳими иттилоот дар компютерҳои квантӣ қубитҳо мебошанд.
Онҳо ҳамон вазифаро ҳамчун битҳо дар ҳисоббарории муқаррарӣ дар ҳисоббарории квантӣ иҷро мекунанд, аммо онҳо ба таври дигар амал мекунанд. Компютерҳои квантӣ як соҳаест, ки дар солҳои 1980 пайдо шудааст.
Пас аз он маълум шуд, ки алгоритмҳои квантӣ дар иҷрои баъзе вазифаҳои компютерӣ нисбат ба ҳамтоёни классикии худ самараноктаранд.
Суперпозиция ва печидан, ду мафҳуми физикаи квантӣ, асосҳое мебошанд, ки ин суперкомпютерҳо бар онҳо асос ёфтаанд.
Дар муқоиса бо компютерҳои муқаррарӣ, компютерҳои квантӣ дар айни замон метавонанд супоришҳои миқдорро зудтар иҷро кунанд ва дар ҳоле ки энергияи хеле камро сарф мекунанд.
Мо бояд кори компютерҳои квантиро идома диҳем, то онро пурра дарк кунем. Биёед ҳоло оғоз кунем.
Дар ҳақиқат компютери квантӣ чӣ гуна кор мекунад?
Дар муқоиса бо компютерҳои анъанавии мо, компютерҳои квантӣ ба ҳалли мушкилот ба таври дигар муносибат мекунанд. Барои баъзе вазифаҳо, компютерҳои квантӣ дар як қатор роҳҳо аз компютерҳои анъанавӣ бартарӣ доранд.
Иқтидори онҳо дар як вақт дар бисёр иёлотҳо вуҷуд дорад, сабаби он аст. Аз тарафи дигар, компютерҳои муқаррарӣ метавонанд танҳо дар як ҳолати ягона бошанд.
Барои фаҳмидани он ки чӣ гуна компютерҳои квантӣ кор мекунанд, шумо бояд се мафҳуми калидиро дарк кунед:
- Суперпозиция.
- Гирифтан.
- Дахолат.
Суперпозиция
Битҳо ҷузъҳои асосии компютерҳои анъанавӣ мебошанд. Битҳои квантӣ ё Qubits, воҳидҳои асосии компютерҳои квантӣ мебошанд.
Аслан, битҳои квантӣ ба таври гуногун амал мекунанд. Бинари бинарӣ, ки баъзан ҳамчун битҳои анъанавӣ маълум аст, гузаришест, ки метавонад 0 ё 1 бошад.
Мо ҳолати кунунии битро ҳангоми чен кардани он бармегардонем. Қубитҳо аз ин истисноанд. Қубитҳоро бо тирҳое муқоиса кардан мумкин аст, ки ба се андоза ишора мекунанд.
Онҳо дар ҳолати 0 ҳастанд, агар онҳо ба боло ишора кунанд. Онҳо дар ҳолати 1 ҳастанд, агар онҳо ба поён ишора кунанд. Бо битҳои классикӣ низ ҳамин тавр аст.
Аммо, онҳо инчунин метавонанд дар ҳолати суперпозиция буданро интихоб кунанд.
Тир дар ҳолате аст, ки он ба ягон самти дигар ишора мекунад. Суперпозицияи 0 ва 1 дар ин ҳолат натиҷа медиҳад. Қубит ҳангоми чен кардани он 1 ё 0-ро ба вуҷуд меорад.
Аммо, самти тирча эҳтимолияти мувофиқро муайян мекунад.
Шумо эҳтимоли зиёд доред, ки 1-ро ба даст оред, агар тир асосан ба поён ва 0 бошад, агар он асосан ба боло ишора кунад.
Агар тир дар марказ бошад, шумо 50% имконияти ғолибиятро барои ҳар кадоме доред. Хулоса, ин суперпозиция аст.
Ҷудошавӣ
Битҳо дар компютери анъанавӣ аз ҳамдигар мустақиланд. Ҳолати як бит ба ҳолати битҳои дигар таъсире надорад.
Кубитҳо дар компютерҳои квантӣ метавонанд бо ҳамдигар печида шаванд. Ин маънои онро дорад, ки онҳо ба як давлати бузурги квантӣ муттаҳид мешаванд.
Барои мисол, ду кубитро дида бароед, ки дар ҳолатҳои гуногуни суперпозиция қарор доранд, аммо ҳанӯз ба ҳам печида нашудаанд. Дар айни замон, эҳтимолияти онҳо ба якдигар такя намекунад.
Вақте ки мо онҳоро ба ҳам мепайвандем, мо бояд ин эҳтимолиятҳои мустақилро партоем ва эҳтимолияти ҳама ҳолатҳои алтернативӣ, ки мо метавонем гурезем, муайян кунем, яъне 00, 01, 10 ва 11.
Тақсимоти эҳтимолияти тамоми система тағир меёбад, агар самти тир дар як кубит тағир дода шавад, зеро кубитҳо печида шудаанд.
Истиќлолияти кубитњо аз њамдигар гум шудааст. Ҳар яки онҳо як ҷузъи як давлати бузурганд. Новобаста аз он ки шумо чӣ қадар қубит доред, ин ҳамон аст.
Як омезиши эҳтимолии 2n ҳолат барои компютери квантӣ бо n кубит мавҷуд аст.
Шумо тақсимоти эҳтимолиятро дар ду иёлат доред, масалан, барои як кубит. Шумо тақсимоти эҳтимолиятро дар чаҳор иёлат барои ду кубит ва ғайра доред. Фарқи асосии байни компютерҳои классикӣ ва квантӣ ин аст.
Шумо метавонед компютерҳои классикиро дар ҳар ҳолати интихобкардаатон ҷойгир кунед, аммо танҳо як маротиба. Ҳамаи ин ҳолатҳо метавонанд ҳамзамон дар компютерҳои квантӣ ҳамчун суперпозиция вуҷуд дошта бошанд.
Чӣ тавр компютер метавонад дар як вақт дар ҳамаи ин иёлотҳо бошад? Дар ин лаҳза унсури охирини дахолат ворид мешавад.
халал
Функсияи мавҷи квантиро барои тавсифи ҳолати кубит истифода бурдан мумкин аст.
Тавсифи асосии математикии ҳама чиз дар физикаи квантӣ бо функсияҳои мавҷӣ таъмин карда мешавад.
Вақте ки бисёр қубитҳо печида мешаванд, функсияҳои мавҷи инфиродии онҳо якҷоя шуда, як функсияи мавҷи ягонаро ташкил медиҳанд, ки ҳолати умумии компютери квантиро тавсиф мекунад.
Интерференсия натиҷаи якҷоя кардани ин функсияҳои мавҷӣ мебошад. Вақте ки мавҷҳо якҷоя мешаванд, онҳо метавонанд ба таври конструктивӣ мутақобила кунанд ва якҷоя шаванд, то мавҷи калонтарро ба вуҷуд оранд, ба монанди мавҷҳои об.
Онҳо инчунин метавонанд барои муқобила бо якдигар ба таври харобиовар ҳамкорӣ кунанд. Эҳтимолияти гуногунии ҳолатҳои гуногунро функсияи умумии мавҷи компютери квантӣ муайян мекунад.
Мо метавонем эҳтимолияти пайдоиши баъзе ҳолатҳоро ҳангоми чен кардани компютери квантӣ бо тағир додани ҳолати кубитҳои гуногун тағир диҳем.
Гарчанде ки компютери квантӣ метавонад дар як вақт дар якчанд суперпозицияҳои ҳолат мавҷуд бошад, андозагирӣ танҳо яке аз ин ҳолатҳоро ошкор мекунад.
Аз ин рӯ, ҳангоми истифодаи компютери квантӣ барои анҷом додани кори ҳисобкунӣ, дахолати созанда барои баланд бардоштани эҳтимолияти гирифтани ҷавоби дуруст ва дахолати харобиовар барои кам кардани эҳтимоли гирифтани ҷавоби нодуруст лозим аст.
Акнун, биёед бо Qiskit оғоз кунем.
кадом аст Қискит?
Qiskit як чаҳорчӯбаи нармафзорест, ки аз ҷониби IBM маблағгузорӣ мешавад, то барои ҳама ворид шудан ба соҳаи ҳисоббарории квантӣ осонтар шавад.
Азбаски дастрас кардани компютерҳои квантӣ душвор аст, шумо метавонед онро тавассути провайдери абрӣ, ба монанди IBM, бо истифода аз асбобҳои Qiskit-и худ дастрас кунед.
Он ройгон дастрас аст ва ҳама рамзи он аст манбаи кушода.
Дар он ҷо як китоби дарсии онлайн ки ба шумо тамоми асосхои физикаи квантиро меомузонад, ки барои онхое, ки бо ин мавзуъ шинос нестанд, хеле муфид аст. Python барои таҳияи асбобҳои Qiskit истифода мешавад.
Ҳамин тавр, агар шумо бо забони барномасозии Python шинос бошед, шумо рамзи зиёдеро мешиносед.
Чаҳорчӯбаи нармафзор барои онҳое, ки мехоҳанд дар бораи ҳисоббарории квантӣ маълумот гиред дар баробари андухтани тачрибаи амалй хам.
Ҷанбаи асосии Қискит дар он аст, ки он дар ду марҳила амал мекунад. Яке аз қадамҳо марҳилаи сохтмон аст, ки дар он мо якчанд схемаҳои квантиро эҷод мекунем ва аз ин схемаҳо барои ҳалли мушкилот истифода мебарем.
Сипас, пас аз ба итмом расонидани марҳилаи сохтмон ё расидан ба ҳалли он, мо ба марҳилаи навбатӣ мегузарем, ки он ҳамчун марҳилаи иҷро маълум аст, ки дар он мо кӯшиш мекунем, ки сохтмон ё ҳалли худро дар ақибҳои гуногун иҷро кунем (backend вектори давлатӣ, пуштибони ягона, кушода) ASM backend) ва пас аз ба итмом расидани иҷро, мо маълумотро дар сохтмон барои натиҷаи дилхоҳ коркард мекунем.
Оғози кор бо Qiskit
Дар компютери шахсии худ ё ноутбуки Jupyter, ки IBM ҷойгир аст, шумо метавонед онро ба таври маҳаллӣ насб кунед. Барои насби маҳаллӣ дар компютери Windows рамзи зеринро нависед:
Мо бояд дар ин ҷо сабти ном шавем, то ба нишонаи API дастрасӣ пайдо кунем, ки ба мо имкон медиҳад дастгоҳҳои квантии IBM-ро истифода барем ва он гоҳ мо метавонем кор бо вебсайти ширкатро оғоз кунем. Шумо метавонед ин корро бо истифода аз ноутбуки Jupyter дар Qiskit насбшуда, ки дар интернет кор мекунад, тасаввур кунед.
Шумо метавонед ба он тавассути интихоби Профили худ аз меню дар кунҷи рости болоии саҳифа ва сипас интихоби Маълумоти Ҳисоб дастрас шавед. Шумо метавонед аломати API-и худро дар бахш дар бораи аломатҳои API дар шакли *** пайдо кунед. Он нусхабардорӣ карда мешавад ва сипас ба рамзи зерин ворид карда мешавад:
Пас аз иҷро шудани ин код, нишонаи API-и шумо дар компютери шумо захира карда мешавад ва ба шумо имкон медиҳад, ки дастгоҳҳои квантии IBM-ро истифода баред. Барои муайян кардани он, ки шумо ба чунин дастгоҳ дастрасӣ доред, инҳоро ворид кунед:
Агар рамзи дар боло зикршуда иҷро шавад, шумо бояд на танҳо дар компютери худ, балки тавассути фиристодани схемаҳои квантии дарунсохт ба дастгоҳҳои квантии IBM ва гирифтани натиҷаҳо кодро иҷро кунед.
Ҳамин тавр, бо истифода аз китобхонаи схемаҳо, мо метавонем ба таҳияи аввалин алгоритми квантии худ шурӯъ кунем. Мо аз ворид кардани вобастагии асосӣ аз Qiskit ба лоиҳаи худ оғоз мекунем.
Пас мо регистри квантии дукубит ва регистри анъанавии ду-битаро месозем.
Ҳамин тавр, ҳоло мо ҳам реестри классикӣ ва ҳам реестри квантӣ дорем. Бо истифода аз ин ду, мо метавонем схемаро созем ва агар дар вақти дилхоҳ дар давоми тағир додани схема, шумо хоҳед, ки схемаи квантиро тасвир кунед, рамзи зеринро нависед:
Мо аз расм дида метавонем, ки занҷир аз ду бит квантӣ ва ду бит классикӣ иборат аст.
Тавре ки аст, дар ин ноҳиявӣ дарвозаҳо намерасад, ки он шавқовар нест. Акнун биёед схемаро бо истифода аз дарвозаҳои квантӣ созем. Мисли классикӣ дарвозаҳои мантиқӣ (ВА, Ё дарвозаҳо) барои схемаҳои муқаррарии рақамӣ мебошанд, дарвозаҳои квантӣ ҷузъҳои асосии схемаҳои квантӣ мебошанд.
Татбиқи дарвозаи Ҳадамард ба қубити аввал қадами аввалин дар эҷоди печида аст. Сипас, бо истифода аз коди зерин, мо амалиёти ду-кубитии x-ро илова мекунем:
Ҳоло, ки ин ду оператор барои сохтани схемаи квантии мо истифода шудаанд, вақти он расидааст, ки битҳои квантӣ (кубитҳо), андешидани он андозагирӣ ва нигоҳ доштани онҳо дар битҳои классикӣ. Барои ноил шудан ба ин, биёед рамзи заруриро эҷод кунем:
Дар диаграммаи зер тарҳбандии схемаи мо тасвир шудааст:
Сипас схема бояд дар симулятори анъанавии компютерӣ иҷро карда шавад. Схема ба охир расид. Ва натиҷаҳои иҷрои онро тафтиш кунед.
Маълумоте, ки аз иҷрои ин схема гирифта шудааст, дар тағирёбандаи натиҷа нигоҳ дошта мешавад. Биёед ин натиҷаҳоро бо истифода аз гистограммаи сюжет нишон диҳем.
Вақте ки мо схемаи квантии худро иҷро мекунем, ҳамин тавр мешавад. Барои рақамҳои 00 ва 11, мо эҳтимолияти тақрибан 50% мегирем. Схемаи компютерии квантии шумо сохта шуд. Табрик мекунем!
Барномаҳои ҳисоббарории Quantum Qiskit
Қискит молия
Маҷмӯаи асбобҳо ва барномаҳои намоишӣ аз ҷониби Qiskit Finance пешниҳод карда мешавад. Ба инҳо тарҷумонҳои Ising барои оптимизатсияи портфел, таъминкунандагони маълумот барои маълумоти воқеӣ ё тасодуфӣ ва татбиқҳо барои нархгузории вариантҳои гуногуни молиявӣ ё арзёбии хавфи кредитӣ дохил мешаванд.
Табиати Қискит
Барномаҳо ба монанди кати сафеда ва сохтори электронӣ / vibronic Ҳисобкунии ҳам ҳолати ҳаяҷонангез ва ҳам заминӣ аз ҷониби Qiskit Nature дастгирӣ карда мешавад.
Он ҳама қисмҳои заруриро барои пайваст кардани рамзҳои классикӣ ва ба таври худкор табдил додан ба намояндагиҳои гуногуне, ки барои компютерҳои квантӣ лозиманд, пешниҳод мекунад.
Омӯзиши мошинҳои Қискит
Quantum омӯзиши машқҳо усулҳое, ки онҳоро барои ҳалли мушкилоти гуногун истифода мебаранд, аз қабили регрессия ва тасниф, аз ҷониби Qiskit Machine Learning, инчунин ядроҳои бунёдии квантӣ ва шабакаҳои нейронии квантӣ (QNN) ҳамчун блокҳои сохтмонӣ таъмин карда мешаванд.
Он инчунин имкон медиҳад, ки QNN-ҳо ба PyTorch бо мақсади ворид кардани унсурҳои квантӣ ба амалиёти классикӣ пайваст шаванд.
Optimization Qiskit
Qiskit Optimization тамоми спектри хидматҳои оптимизатсияро пешниҳод мекунад, аз ҷумла моделсозии сатҳи баланди масъалаҳои оптимизатсия, тарҷумаи автоматии мушкилот ба намояндагиҳои гуногуни зарурӣ ва маҷмӯи усулҳои оддии оптимизатсияи квантӣ.
хулоса
Хулоса, дар ҳоле ки суперкомпютери тезтарин ҳоло дастрас аст, солҳо тӯл мекашад, компютерҳои квантӣ метавонанд усулҳои рамзгузории ҷории худро зуд шикаст диҳанд.
Сарфи назар аз он, ки компютерҳои квантӣ қодиранд бисёре аз усулҳои рамзгузории имрӯзаро вайрон кунанд, интизор меравад, ки онҳо ивазкунандаҳои ҳакериро эҷод кунанд.
Оптимизатсияи мушкилот як қувваи компютерҳои квантӣ мебошад. Барои тафсилоти бештар лутфан ба Qiskit муроҷиат кунед GitHub.
Дин ва мазҳаб