Мундариҷа[Пинҳон кардан][Намоиш]
Компютерҳои квантӣ як технологияи навест, ки физикаи квантиро барои ҳалли масъалаҳое истифода мебарад, ки аз имконоти компютерҳои анъанавӣ берунанд.
Ҳоло бисёр ширкатҳо кӯшиш мекунанд, ки таҷҳизоти воқеии квантиро барои даҳҳо ҳазор таҳиягарон дастрас кунанд, асбобе, ки олимон танҳо тақрибан се даҳсола пеш орзу мекарданд.
Дар натиҷа, муҳандисони мо зуд-зуд компютерҳои квантии пуриқтидори суперноқиро истифода мебаранд ва моро ба суръат ва тавоноии ҳисоббарории квантӣ, ки барои тағир додани ҷаҳон заруранд, наздик мекунанд.
Дар ин мақола мо ба таври муфассал дида мебароем санҷиши квантӣ ва асбобҳо ва чаҳорчӯбаҳое, ки бо он ҳамроҳ мешаванд, инчунин дар куҷое, ки онҳо дар соли 2022 хоҳанд буд.
Компютерҳои квантӣ чист?
Ин суперкомпьютерҳо дар асоси принсипҳои суперпозиция ва печида сохта шудаанд, ки ду ҷанбаи физикаи квантӣ мебошанд. Компютерҳои квантӣ ҳоло метавонанд вазифаҳоро бо суръате иҷро кунанд, ки нисбат ба компютерҳои анъанавӣ бо истифода аз энергия хеле камтаранд.
Дар солҳои 1980-ум соҳаи ҳисоббарории квантӣ ба вуҷуд омад. Сипас маълум шуд, ки алгоритмҳои квантӣ нисбат ба эквивалентҳои муқаррарии онҳо дар ҳалли баъзе вазифаҳои компютерӣ самараноктаранд.
Компютерҳои квантӣ як фанни илми информатика мебошад, ки ба пешрафти технологияи компютерӣ дар асоси консепсияҳои назарияи квантӣ тамаркуз мекунад. Он аз қобилияти фавқулоддаи заррачаҳои субатомӣ дар як вақт дар якчанд ҳолат, ба мисли 0 ва 1, истифода мебарад. Онҳо қодиранд нисбат ба компютерҳои оддӣ маълумоти хеле бештарро коркард кунанд.
Ҳолати квантии ашё барои эҷоди кубит дар амалиёти ҳисоббарории квантӣ истифода мешавад. Қубитҳо воҳидҳои асосии додаҳои ҳисоббарории квантӣ мебошанд. Дар ҳисоббарории квантӣ, онҳо ҳамон кореро иҷро мекунанд, ки битҳо дар компютерҳои оддӣ иҷро мекунанд, аммо онҳо тамоман дигар хел рафтор мекунанд.
Битҳои анъанавӣ дуӣ мебошанд ва танҳо метавонанд мавқеи 0 ё 1-ро нигоҳ доранд, дар ҳоле ки кубитҳо метавонанд суперпозицияи ҳама ҳолатҳои имконпазирро дар бар гиранд.
Беҳтарин чаҳорчӯбаҳо барои компютерҳои квантӣ
1. Тақрибан
Cirq аз ҷониби гурӯҳи Quantum AI-и Google сохта шудааст. Он барои тарҳрезӣ ва такмил додани схемаҳои квантӣ истифода мешавад, ки баъдан дар компютерҳои квантӣ ва симуляторҳо санҷида мешаванд. Cirq афсонавӣ аст, зеро он симуляторҳои рушдро пешниҳод мекунад, ки ба онҳое, ки дар ҳаёти воқеӣ дида мешаванд, хеле монанданд.
Ин маънои онро дорад, ки китобхона тавассути тафсилоти сахтафзор дар атрофи NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) кор мекунад, то боварӣ ҳосил кунем, ки алгоритм ё схемаро пас аз анҷоми он дар компютери воқеии квантӣ иҷро кардан мумкин аст.
Дар натиҷа, он имкон дорад, ки барои эҷоди схемаҳои квантии мутобиқшаванда ва ҷойгиршаванда истифода шавад. Он инчунин дорои хусусиятҳои муштарак мебошад. Нармафзоре, ки схемаҳо ва симулятсияҳои квантиро ворид ва содир мекунад, масалан.
Чаҳорчӯба барои барномасозии компютерҳои квантӣ, ки кушодаасос мебошанд. Сирк аст Python бастаи нармафзоре, ки ба шумо имкон медиҳад схемаҳои квантиро пеш аз иҷрои онҳо дар компютерҳои квантӣ ва симуляторҳо эҷод, коркард ва оптимизатсия кунед.
Cirq як абстраксияи муассир барои мубориза бо компютерҳои квантии миқёси мобайнӣ, ки дар он талаботи сахтафзор барои ба даст овардани натиҷаҳои пешрафта муҳим аст.
Вижагиҳо
- Аз дарвозаҳое, ки дар кубитҳо кор мекунанд, шумо метавонед тарзи тарҳрезии схемаҳои квантиро омӯзед. Бифаҳмед, ки Лаҳза чист ва чӣ гуна тактикаҳои гуногуни воридкунӣ метавонанд ба шумо дар сохтани схемаи идеалии шумо кӯмак расонанд. Барои сохтани схемаҳои нав ва такмилёфта тарзи бурида ва буридани схемаҳоро омӯзед.
- Маҳдудиятҳои технологӣ ба он таъсири назаррас доранд, ки оё схема дар сахтафзори муосир амалӣ карда мешавад ё не. Омӯзед, ки чӣ тавр барномарезии хидмати Quantum Computing Google ва чӣ гуна сохтани дастгоҳҳо барои ҳалли ин маҳдудиятҳо.
- Ҳарду функсияҳои мавҷ ва матритсаҳои зичӣ дар Cirq симуляторҳои дарунсохт доранд. Монте-Карло ё симулятсияҳои матритсаи зичии пурра метавонанд барои мубориза бо каналҳои квантии пурғавғо истифода шаванд.
- Барои гузаронидани санҷишҳо дар коркардкунандагони квантии Google, Cirq бо Quantum Computing Service ҳамкорӣ мекунад.
2. Лоиҳа Q
ETH Zurich ProjectQ, як меъмории нармафзори ҳисоббарории квантии кушодаро офаридааст. Он устувор ва мустақимро таъмин мекунад матн барои корбарон барои сохтани барномаҳои квантӣ дар Python. ProjectQ метавонад пас аз он ин скриптҳоро ба ҳама гуна шаклҳои пушти сар табдил диҳад, хоҳ он симулятори компютерии классикӣ ё протсессори квантӣ бошад.
Сипас ProjectQ метавонад ин барномаҳоро ба ҳама гуна ақибмонӣ табдил диҳад, ба монанди симулятори компютерии классикӣ ё протсессори квантӣ, ба монанди платформаи IBM Quantum Experience.
Вижагиҳо
- IT сатҳи баланд аст забони барномасозӣ барои барномаҳои квантӣ.
- Он дорои компилятори модулӣ ва мутобиқшаванда мебошад.
- Он инчунин як қатор пуштибонии сахтафзор ва нармафзорро пешниҳод мекунад.
- Китобхонаи компютерии квантӣ (FermiLib) барои ҳалли масъалаҳои фермионӣ
- Чипи IBM Quantum Experience, дастгоҳҳои AQT, AWS Braket ва дастгоҳҳои хидматрасонии IonQ ҳама метавонанд барои иҷро кардани алгоритмҳои квантӣ истифода шаванд.
- Дар сатҳи баландтари абстраксия, барномаҳои квантиро метавон тақлид кард (масалан, тақлид кардани амали ораклҳои калон ба ҷои тартиб додани онҳо ба дарвозаҳои сатҳи паст)
- Дар компютерҳои классикӣ, барномаҳои квантиро тақлид кардан мумкин аст.
3. Кванти tensoflow
Чаҳорчӯбаи Python TensorFlow Quantum (TFQ) барои квантӣ аст омӯзиши машқҳо. TFQ чаҳорчӯбаи барномаи TensorFlow мебошад, ки ба муҳаққиқони алгоритми квантӣ ва омӯзиши мошин имкон медиҳад, ки чаҳорчӯбаҳои ҳисоббарории квантии Google-ро мустақиман аз TensorFlow истифода баранд.
TensorFlow Quantum барномаест, ки ба маълумоти квантӣ ва эҷоди моделҳои гибридии квантӣ-классикӣ тамаркуз мекунад. Он усулҳои ҳисоббарории квантии аз ҷониби Cirq тарҳрезишуда ва мантиқро бо API-ҳои TensorFlow ва инчунин симуляторҳои микросхемаи квантии баландсифат муттаҳид мекунад.
Чаҳорчӯби TFQ метавонад барои идора кардани моделҳои анъанавӣ ва гибридӣ, ба монанди Quantum CNN (QCNN) истифода шавад. Дар натиҷа, TFQ метавонад барои ҳама гуна мушкилоте истифода шавад, ки қаблан ҷавоб додан бо равишҳои анъанавӣ ғайриимкон буд. Барои ҷавоб додан ба баъзе мушкилоти воқеии ҷаҳонӣ, бо TFQ барои сохтани моделҳои гибридии квантӣ ё квантӣ-классикӣ оғоз кунед.
Вижагиҳо
- Тадқиқотчиён метавонанд TFQ-ро барои сохтани тензорҳо бо истифода аз маҷмӯи додаҳои квантӣ, моделҳои квантӣ ва параметрҳои назорати анъанавӣ дар як шабакаи ягонаи ҳисоббарор истифода баранд.
- Тензорҳо барои нигоҳ доштани маълумоти квантӣ (массиви бисёрченакаи рақамҳо) истифода мешаванд. Ҳар як тензори маълумоти квантӣ ҳамчун як схемаи квантии Cirq тавсиф карда мешавад, ки дар парвоз маълумоти квантиро эҷод мекунад.
- Муҳаққиқ метавонад Cirq-ро барои прототипи квантӣ истифода барад шабакаи нейралӣ ки баъдтар ба графики ҳисобкунии TensorFlow дохил карда мешавад.
- Қобилияти ҳамзамон таълим додан ва иҷро кардани схемаҳои сершумори квантӣ як хусусияти асосии TensorFlow Quantum мебошад.
4. Персевел
Perceval як чаҳорчӯбаи кушода барои барномасозии компютерҳои квантии фотоникӣ мебошад, ки аз ҷониби Perceval, як тиҷорати фаронсавӣ таҳия шудааст, ки ба сохтани насли нави компютерҳои квантӣ дар асоси манипуляцияи рӯшноӣ тамаркуз мекунад.
Perceval асбобҳоро барои сохтани схемаҳо аз ҷузъҳои оптикии хатӣ, муайян кардани манбаъҳои якфотон, коркарди ҳолати Фок, иҷро кардани моделиронии квантӣ, таҷдиди ҳуҷҷатҳои таҷрибавии нашршуда ва озмоиш бо насли нави алгоритмҳои квантӣ тавассути API оддӣ ба объект нигаронидашуда пешниҳод мекунад.
Ҳадафи он як абзори шарик барои сохтани схемаҳои квантии фотоникӣ - барои тақлид ва такмил додани тарроҳии онҳо, моделсозии рафтори идеалӣ ва воқеӣ ва пешниҳод кардани интерфейси стандартишуда барои идоракунии онҳо тавассути мафҳуми пуштибонҳо мебошад.
Он барои кор кардан дар мизи кории маҳаллӣ оптимизатсия карда шудааст, ки бо такмилдиҳии зиёде барои кластерҳои HPC ва дастрасиро ба пуштибонии мураккаб барои моделсозии ададӣ ва рамзии алгоритмҳои квантӣ дар схемаҳои фотоникӣ фароҳам меорад.
Шумо инчунин метавонед миқдори зиёди ҷузъҳои тайёрро барои сохтани алгоритмҳо ва схемаҳои мураккаби оптикии хатӣ истифода баред. Китобхонаи алгоритмҳои маъруф дастрас аст ва инчунин дарсҳо оид ба истифодаи онҳо.
Шумо инчунин метавонед якчанд сатри кодро барои иҷрои таҷрибаҳо барои танзими алгоритмҳо, муқоиса бо маълумоти таҷрибавӣ ва дубора эҷод кардани нашрияҳои нашршуда истифода баред.
Вижагиҳо
- Меъмории якхела, ки комилан ба оптикаи хатӣ ва ҳисобкунии квантии фотоникӣ бахшида шудааст
- Лоиҳа як лоиҳаи кушодаасос бо меъмории модулӣ мебошад, ки саҳми ҷомеаро қабул мекунад.
- Бо истифода аз китобхонаи бузурги ҷузъҳои омодашуда, алгоритмҳо ва схемаҳои мураккаби оптикии хатӣ эҷод кунед. Китобхонаи алгоритмҳои маъруф дастрас аст ва инчунин дарсҳо оид ба истифодаи онҳо.
- Бо алгоритмҳо таҷриба кунед, то онҳоро дақиқ созед, онҳоро бо маълумоти таҷрибавӣ муқоиса кунед ва нашрияҳои мавҷударо дар чанд сатри код нусхабардорӣ кунед.
- Барои тақлид кардани алгоритмҳои квантӣ дар схемаҳои фотоникӣ, пуштибонии мураккабро истифода баред. Perceval барои кор дар мизи кории маҳаллӣ тарҳрезӣ шудааст, ки ҳам аз ҷиҳати нишондиҳандаҳои рақамӣ ва ҳам рамзӣ бо такмилдиҳии зиёде барои кластерҳои HPC.
5. Қискит
Мо медонем, ки агар мо дар бораи технологияи насли оянда сухан ронем, IBM чизе барои пешниҳод хоҳад дошт. Ин албатта мекунад. QisKit платформаи кушодаасос барои таҳияи нармафзори квантӣ мебошад.
Qiskit як чаҳорчӯбаи нармафзорест, ки аз ҷониби IBM маблағгузорӣ мешавад, ки омӯхтани корбаронро осон мекунад санҷиши квантӣ. Азбаски дастрас кардани компютерҳои квантӣ душвор аст, шумо метавонед провайдери абрӣ, ба монанди абзори Qiskit-и IBM-ро истифода баред, то дастрасӣ ба якеро дастрас кунед.
Истифодаи он комилан ройгон аст ва ҳамаи рамзҳо манбаи кушода. Китоби дарсии онлайн мавҷуд аст, ки ба шумо тамоми асосҳои физикаи квантиро меомӯзад, ки барои шурӯъкунандагоне, ки бо ин мавзӯъ ошно нестанд, хеле муфид аст.
Компютерҳои квантиро дар сатҳи импулсҳо, схемаҳо ва модулҳои барномавӣ истифода бурдан мумкин аст.
Вижагиҳо
- Истифодабарандагони сатҳҳои гуногун метавонанд Qiskit-ро барои таҳқиқот ва таҳияи барномаҳо истифода баранд, зеро он бо маҷмӯи пурраи дарвозаҳои квантӣ ва як қатор схемаҳои қаблан сохташуда меояд.
- Шумо метавонед Qiskit Runtime-ро барои ҳамоҳангсозии замимаҳои квантӣ дар CPU-ҳои ба абр асосёфта, QPUs ва GPU-ҳо, инчунин иҷро ва ҷадвали фаъолиятҳо дар протсессори воқеии квантӣ истифода баред.
- Транспилер рамзи Qiskit-ро ба як схемаи муассир табдил медиҳад, ки бо истифода аз маҷмӯи дарвозаҳои аслии пуштибонӣ, ба корбарон имкон медиҳад, ки барои ҳама гуна протсессори квантӣ ё меъморӣ бо ҳадди ақали воридот тарҳрезӣ кунанд.
хулоса
Хулоса, компютерҳои квантӣ метавонанд дар муддати кӯтоҳ ба усулҳои рамзгузории имрӯза зуд ворид шаванд, дар ҳоле ки бузургтарин суперкомпютери дастрас барои ҳоло солҳо лозим аст.
Сарфи назар аз он, ки компютерҳои квантӣ қодир ба шикастани бисёре аз схемаҳои рамзгузории имрӯза хоҳанд буд, интизор меравад, ки онҳо алтернативаҳои ҳакериро таҳия кунанд. Компютерҳои квантӣ дар ҳалли масъалаҳои оптимизатсия афсонавӣ мебошанд.
Дин ва мазҳаб