Ang Quantum computing ay isang bagong teknolohiya na gumagamit ng quantum physics upang matugunan ang mga isyu na lampas sa kakayahan ng mga tradisyonal na computer.
Sinusubukan na ngayon ng maraming kumpanya na gawing available ang aktwal na quantum hardware sa libu-libong developer, isang tool na pinangarap lang ng mga siyentipiko mga tatlong dekada na ang nakalipas.
Bilang resulta, ang aming mga inhinyero ay madalas na nagde-deploy ng mas makapangyarihang superconducting quantum computer, na naglalapit sa amin sa bilis ng quantum computing at kapasidad na kinakailangan upang baguhin ang mundo.
Sa post na ito, titingnan natin nang mas malapitan kabuuan ng computing at ang mga tool at frameworks na kasama nito, pati na rin kung saan ang mga ito sa 2022.
Ano ang Quantum Computing?
Ang mga supercomputer na ito ay binuo sa mga prinsipyo ng superposition at entanglement, na dalawang aspeto ng quantum physics. Ang mga quantum computer ay maaari na ngayong gumawa ng mga gawain sa mga rate na mas mabilis kaysa sa tradisyonal na mga computer habang gumagamit ng mas kaunting enerhiya.
Noong 1980s, lumitaw ang lugar ng quantum computing. Pagkatapos ay ipinahayag na ang mga quantum algorithm ay mas mahusay kaysa sa kanilang mga karaniwang katumbas sa paglutas ng ilang mga gawain sa computer.
Ang Quantum computing ay isang disiplina ng computer science na nakatuon sa pagsulong ng teknolohiya ng computer batay sa mga konsepto ng quantum theory. Ginagamit nito ang pambihirang kakayahan ng mga subatomic na particle na umiral sa ilang estado nang sabay-sabay, gaya ng 0 at 1. May kakayahan silang magproseso ng mas maraming data kaysa sa mga ordinaryong computer.
Ang quantum state ng isang item ay ginagamit upang lumikha ng isang qubit sa quantum computing operations. Ang mga Qubit ay ang pangunahing mga yunit ng data ng quantum computing. Sa quantum computing, nagsisilbi sila sa parehong trabaho na ginagawa ng mga bit sa ordinaryong computing, ngunit medyo naiiba ang kanilang pag-uugali.
Ang mga tradisyonal na bit ay binary at maaari lamang mapanatili ang isang posisyon na 0 o 1, samantalang ang mga qubit ay maaaring magsama ng isang superposisyon ng lahat ng posibleng estado.
Pinakamahusay na Mga Framework para sa Quantum Computing
1. Circq
Ang Cirq ay binuo ng Quantum AI team ng Google. Ginagamit ito upang magdisenyo at pahusayin ang mga quantum circuit na pagkatapos ay sinusubok sa mga quantum computer at simulator. Ang Cirq ay hindi kapani-paniwala dahil nag-aalok ito ng mga development simulator na medyo katulad sa mga nakikita sa totoong buhay.
Ipinahihiwatig nito na gumagana ang library sa pamamagitan ng mga detalye ng hardware na nakapalibot sa NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) para makasigurado tayo na ang algorithm o circuit ay maaaring patakbuhin sa isang tunay na quantum computer pagkatapos nito.
Bilang resulta, ito ay may potensyal na mapagsamantalahan upang lumikha ng adaptive at deployable na mga quantum circuit. Mayroon din itong mga tampok na interoperability. Isang software na nag-i-import at nag-e-export ng mga quantum circuit at simulation, halimbawa.
Isang framework para sa pagprograma ng mga quantum computer na open-source. Ang Cirq ay isang Sawa software package na nagbibigay-daan sa iyong lumikha, magmanipula, at mag-optimize ng mga quantum circuit bago isagawa ang mga ito sa mga quantum computer at simulator.
Ang Cirq ay isang mahusay na abstraction para sa pagharap sa maingay na intermediate-scale quantum computer ngayon, kung saan ang mga kinakailangan ng hardware ay kritikal para sa pagkamit ng mga cutting-edge na resulta.
Mga tampok
- Mula sa mga gate na tumatakbo sa mga qubit, matututunan mo kung paano magdisenyo ng mga quantum circuit. Alamin kung ano ang Sandali at kung paano makakatulong sa iyo ang iba't ibang taktika sa pagpasok sa pagbuo ng iyong perpektong circuit. Matutunan kung paano maghiwa at magdice ng mga circuit upang makalikha ng bago at pinahusay na mga circuit.
- Ang mga paghihigpit sa teknolohiya ay may malaking impluwensya sa kung ang isang circuit ay maaaring ipatupad sa kontemporaryong hardware. Matutunan kung paano i-program ang Quantum Computing Service ng Google at kung paano gumawa ng mga device para matugunan ang mga limitasyong ito.
- Ang parehong mga function ng wave at density matrice ay may mga built-in na simulator sa Cirq. Maaaring gamitin ang Monte Carlo o full density matrix simulation upang harapin ang maingay na quantum channel.
- Upang magsagawa ng mga pagsubok sa mga quantum processor ng Google, nakikipagtulungan ang Cirq sa Quantum Computing Service.
2. ProjectQ
Nilikha ng ETH Zurich ang ProjectQ, isang open-source na quantum computing software architecture. Nagbibigay ito ng matatag at tapat palaugnayan para sa mga user na lumikha ng mga quantum application sa Python. Maaaring i-convert ng ProjectQ ang mga script na ito sa anumang anyo ng back-end, ito man ay isang classical na computer simulator o isang quantum processor.
Pagkatapos ay maaaring i-convert ng ProjectQ ang mga application na ito sa anumang uri ng mga back-end, tulad ng isang klasikal na computer simulator o isang quantum processor, gaya ng platform ng IBM Quantum Experience.
Mga tampok
- Ang IT ay isang mataas na antas programming language para sa mga programang quantum.
- Mayroon itong modular at madaling ibagay na tagatala.
- Nag-aalok din ito ng ilang mga backend ng hardware at software.
- Isang quantum computer library (FermiLib) para sa paglutas ng mga isyu sa fermionic
- Ang IBM Quantum Experience chip, AQT device, AWS Braket, at IonQ service-provided device ay magagamit lahat para magpatakbo ng mga quantum algorithm.
- Sa mas mataas na antas ng abstraction, maaaring tularan ang mga quantum program (hal., paggaya sa pagkilos ng malalaking orakulo sa halip na i-compile ang mga ito sa mababang antas ng mga gate)
- Sa mga klasikal na computer, maaaring gayahin ang mga quantum program.
3. Tensoflow Quantum
Ang Python framework TensorFlow Quantum (TFQ) ay para sa quantum machine learning. Ang TFQ ay isang TensorFlow application framework na nagbibigay-daan sa mga mananaliksik ng quantum algorithm at machine learning na gamitin ang mga quantum computing framework ng Google nang direkta mula sa TensorFlow.
Ang TensorFlow Quantum ay isang programa na nakatutok sa quantum data at ang paglikha ng quantum-classical hybrid na mga modelo. Pinagsasama nito ang mga diskarte at logic sa quantum computing na dinisenyo ng Cirq sa mga TensorFlow API, pati na rin ang mga high-performance na quantum circuit simulator.
Maaaring gamitin ang framework ng TFQ para magpatakbo ng mga tradisyonal at hybrid na modelo, gaya ng Quantum CNN (QCNN). Bilang resulta, ang TFQ ay maaaring gamitin para sa anumang problema na dati ay imposibleng masagot gamit ang mga tradisyonal na diskarte. Para masagot ang ilang partikular na problema sa totoong mundo, magsimula sa TFQ para gumawa ng quantum o quantum-classical hybrid na mga modelo.
Mga tampok
- Magagamit ng mga mananaliksik ang TFQ para gumawa ng mga tensor gamit ang mga quantum dataset, quantum model, at conventional control parameters sa iisang computational network.
- Ang mga tensor ay ginagamit upang mag-imbak ng quantum data (isang multi-dimensional na hanay ng mga numero). Ang bawat tensor ng quantum data ay inilalarawan bilang isang Cirq quantum circuit na lumilikha ng quantum data sa mabilisang.
- Maaaring gamitin ng mananaliksik ang Cirq upang prototype ang isang quantum neural network na isasama sa isang TensorFlow compute graph mamaya.
- Ang kakayahang sabay na magsanay at magsagawa ng maraming quantum circuit ay isang pangunahing tampok ng TensorFlow Quantum.
4. Percevel
Ang Perceval ay isang open-source na framework para sa pagprograma ng mga photonic quantum computer na binuo ng Perceval, isang negosyong Pranses na tumututok sa pagbuo ng bagong henerasyon ng mga quantum computer batay sa magaan na pagmamanipula.
Nag-aalok ang Perceval ng mga tool para sa pagbubuo ng mga circuit mula sa mga linear optical na bahagi, pagtukoy sa mga pinagmumulan ng single-photon, pagmamanipula sa mga estado ng Fock, pagpapatakbo ng mga quantum simulation, pag-reproduce ng mga nai-publish na mga eksperimentong papel, at pag-eksperimento sa isang bagong henerasyon ng mga quantum algorithm sa pamamagitan ng isang simpleng object-oriented na Python API.
Ang layunin nito ay maging isang kasamang tool para sa pagbuo ng mga quantum photonic circuit — para sa pagtulad at pagpino sa kanilang disenyo, pagmomodelo ng parehong perpekto at aktwal na pag-uugali, at nag-aalok ng isang standardized na interface upang kontrolin ang mga ito sa pamamagitan ng paniwala ng mga backend.
Ito ay na-optimize upang gumana sa isang lokal na desktop, na may maraming mga pagpapahusay para sa mga kumpol ng HPC, at nagbibigay ng access sa mga sopistikadong backend para sa numerical at simbolikong simulation ng mga quantum algorithm sa mga photonic circuit.
Maaari mo ring gamitin ang isang malawak na bilang ng mga prefabricated na bahagi upang lumikha ng mga algorithm at kumplikadong linear optics circuit. Ang isang library ng mga kilalang algorithm ay naa-access, pati na rin ang mga aralin kung paano gamitin ang mga ito.
Maaari ka ring gumamit ng ilang linya ng code upang magsagawa ng mga eksperimento upang ayusin ang mga algorithm, ihambing sa pang-eksperimentong data, at muling likhain ang mga na-publish na publikasyon.
Mga tampok
- Isang one-of-a-kind na arkitektura na ganap na nakatuon sa linear optics at photonic quantum computing
- Ang proyekto ay isang open-source na proyekto na may modular na arkitektura na tinatanggap ang mga kontribusyon ng komunidad.
- Gamit ang isang malaking library ng mga prefabricated na bahagi, lumikha ng mga algorithm at kumplikadong linear optics circuit. Ang isang library ng mga kilalang algorithm ay naa-access, pati na rin ang mga aralin kung paano gamitin ang mga ito.
- Mag-eksperimento sa mga algorithm upang maayos ang mga ito, ihambing ang mga ito sa pang-eksperimentong data, at kopyahin ang mga umiiral nang publikasyon sa ilang linya ng code.
- Upang tularan ang mga quantum algorithm sa mga photonic circuit, gumamit ng mga sopistikadong backend. Ang Perceval ay idinisenyo upang tumakbo sa isang lokal na desktop sa mga tuntunin ng parehong numeric at simbolikong pagganap, na may maraming mga pagpapahusay para sa mga kumpol ng HPC.
5. Qiskit
Alam namin na kung pag-uusapan natin ang tungkol sa susunod na henerasyong teknolohiya, may maiaalok ang IBM. Tiyak na ginagawa nito. QisKit ay isang open-source na platform para sa pagbuo ng quantum software.
Ang Qiskit ay isang software framework na pinondohan ng IBM na ginagawang mas madali para sa mga user na matutunan ang tungkol kabuuan ng computing. Dahil mahirap makuha ang mga quantum computer, maaari kang gumamit ng cloud provider tulad ng Qiskit toolkit ng IBM upang makakuha ng access sa isa.
Ito ay ganap na libre gamitin, at lahat ng code ay open source. Mayroong online na aklat-aralin na nagtuturo sa iyo ng lahat ng mga batayan ng quantum physics, na lubhang kapaki-pakinabang para sa mga nagsisimula na hindi pamilyar sa paksa.
Maaaring gamitin ang mga quantum computer sa antas ng mga pulso, circuit, at mga module ng aplikasyon.
Mga tampok
- Maaaring gamitin ng mga user ng iba't ibang antas ang Qiskit para sa pananaliksik at pagbuo ng application dahil kasama ito ng kumpletong koleksyon ng mga quantum gate at isang hanay ng mga pre-built na circuit.
- Maaari mong gamitin ang Qiskit Runtime upang i-coordinate ang mga quantum application sa cloud-based na mga CPU, QPU, at GPU, pati na rin ang pagpapatakbo at pag-iskedyul ng mga aktibidad sa aktwal na mga quantum processor.
- Ang transpiler ay nagko-convert ng Qiskit code sa isang mahusay na circuit na gumagamit ng native gate set ng backend, na nagpapahintulot sa mga user na magdisenyo para sa anumang quantum processor o arkitektura na may pinakamababang input.
Konklusyon
Upang buod, ang mga quantum computer ay maaaring mabilis na tumagos sa mga diskarte sa pag-encrypt ngayon sa maikling panahon, samantalang ang pinakadakilang supercomputer na naa-access ngayon ay tumatagal ng mga taon.
Sa kabila ng katotohanan na ang mga quantum computer ay may kakayahang i-crack ang marami sa mga scheme ng pag-encrypt ngayon, inaasahan na sila ay bubuo ng mga alternatibong hack-proof. Ang mga quantum computer ay mahusay sa pagharap sa mga isyu sa pag-optimize.
Mag-iwan ng Sagot