טיש פון קאָנטענץ[באַהאַלטן][ווייַזן]
מער געשווינד ווי אלץ פריער, די וועלט איז טשאַנגינג רעכט צו דיגיטאַל ענדערונג.
מיט די ימפּענדינג אַדווענט פון אן אנדער שפּאָגל נייַ כוואַליע פון טעכנאָלאָגיע וואָס איז ביכולת צו דראַסטיקלי ענדערן קראַנט פּעראַדימז מיט אַמייזינג גיכקייַט און מאַכט: קוואַנטום קאַמפּיוטינג, דער פארשטאנד פון די פונדאַמענטאַל געדאנקען פון די דיגיטאַל טקופע וועט ווערן אפילו מער וויכטיק.
א ברייקטרו טעכניק גערופן קוואַנטום קאַמפּיוטינג ניצט קוואַנטום פיזיק צו סאָלווע פּראָבלעמס וואָס זענען ווייַטער פון די פאַרנעם פון קאַנווענשאַנאַל קאָמפּיוטערס.
פּרינסאַפּאַלז פון קוואַנטום טעאָריע ווייַזן ווי מאַטעריע און ענערגיע ביכייווז אויף די אַטאָמישע און סובאַטאָמישע וואָג, און IBM's Qiskit איז אַן אָפֿן-מקור קוואַנטום ווייכווארג אַנטוויקלונג ינווענטאַר וואָס העלפּס צו שאַפֿן קוואַנטום קאַמפּיוטינג סיסטעמען.
דער אַרטיקל זוכט צו דערקלערן דעם און צושטעלן אַן איבערבליק פון קוואַנטום קאַמפּיוטינג.
מיר וועלן דערקלערן צו אונדזער לייענער מיט די הילף פון אַן אָפֿן-מקור קוואַנטום קאַמפּיוטינג סדק, ד.ה. קסקיט און לאָזן זיי ויספאָרשן ניצן Jupyter Notebooks כאָוסטיד אין IBM Quantum Lab.
וואָס איז קוואַנטום קאַמפּיוטינג?
קוואַנטום קאַמפּיוטינג איז אַ צווייַג פון קאָמפּיוטער וויסנשאַפֿט וואָס פאָוקיסיז אויף דעוועלאָפּינג קאָמפּיוטער טעכנאָלאָגיע ניצן יידיאַז פון קוואַנטום טעאָריע.
עס ניצט די יקסעפּשאַנאַל קאַפּאַציטעט פון סובאַטאָמיק פּאַרטיקאַלז צו עקסיסטירן סיימאַלטייניאַסלי אין פילע שטאַטן, אַזאַ ווי 0 און 1.
זיי זענען ביכולת צו פּראָצעס פיל מער דאַטן ווי רעגולער קאָמפּיוטערס.
אין קוואַנטום קאַמפּיוטינג פּראַסעסאַז, אַ קווביט איז געמאכט מיט די קוואַנטום שטאַט פון אַ כייפעץ. די יקערדיק אינפֿאָרמאַציע אין קוואַנטום קאַמפּיוטינג זענען קווביטס.
זיי דורכפירן די זעלבע פֿונקציע ווי ביטן אין קאַנווענשאַנאַל קאַמפּיוטינג אין קוואַנטום קאַמפּיוטינג, אָבער זיי האַנדלען גאַנץ אַנדערש. קוואַנטום קאַמפּיוטינג איז אַ פעלד וואָס ימערדזשד אין די 1980 ס.
דערנאָך עס איז געווען דיסקאַווערד אַז קוואַנטום אַלגערידאַמז זענען מער עפעקטיוו אין טאן עטלעכע קאָמפּיוטער טאַסקס ווי זייער קלאַסיש קאַונערפּאַרץ.
סופּערפּאָסיטיאָן און אַטאַטשמאַנט, צוויי קאַנסעפּס פון קוואַנטום פיזיק, זענען די יסודות אויף וואָס די סופּערקאָמפּוטערס זענען באזירט.
אין פאַרגלייַך צו קאַנווענשאַנאַל קאָמפּיוטערס, קוואַנטום קאָמפּיוטערס קענען דערווייַל טאָן אַרבעט אָרדערס פון מאַגנאַטוד פאַסטער בשעת קאַנסומינג אַ פּלאַץ ווייניקער ענערגיע.
מיר מוזן גיינ ווייַטער מיט די אָפּעראַציע פון קוואַנטום קאָמפּיוטערס צו גאָר באַגרייַפן עס. זאל ס אָנהייבן איצט.
ווי טאַקע אַרבעט אַ קוואַנטום קאָמפּיוטער?
קאַמפּערד צו די בעקאַבאָלעדיק קאָמפּיוטערס וואָס מיר זענען געוויינט צו, קוואַנטום קאָמפּיוטערס צוגאַנג די פּראָבלעם סאַלווינג דיפערענטלי. פֿאַר עטלעכע טאַסקס, קוואַנטום קאָמפּיוטערס זענען בילכער צו טראדיציאנעלן אָנעס אין אַ נומער פון וועגן.
זייער פיייקייט צו עקסיסטירן אין פילע שטאַטן אין אַמאָל איז געדאַנק צו זיין די סיבה. אויף די אנדערע האַנט, קאַנווענשאַנאַל קאָמפּיוטערס קענען בלויז זיין אין איין שטאַט אין אַמאָל.
עס זענען דריי שליסל קאַנסעפּס איר מוזן באַגרייַפן צו פֿאַרשטיין ווי קוואַנטום קאָמפּיוטערס אַרבעטן:
- סופּערפּאָסיטיאָן.
- פאַרפליכטונג.
- ינטערפיראַנס.
סופּערפּאָסיטיאָן
ביטן זענען די פונדאַמענטאַל קאַמפּאָונאַנץ פון טראדיציאנעלן קאָמפּיוטערס. קוואַנטום ביטן, אָדער קווביטס, זענען די יקערדיק וניץ פון קוואַנטום קאָמפּיוטערס.
פונדאַמענטאַללי, קוואַנטום ביטן אַרבעטן דיפערענטלי. א ביינערי ביסל, מאל באקאנט ווי אַ טראדיציאנעלן ביסל, איז אַ באַשטימען וואָס קענען זיין אַ 0 אָדער אַ 1.
מיר באַקומען די קראַנט שטאַט פון די ביסל צוריק ווען מיר מעסטן עס. קוויביטס זענען אַ ויסנעם צו דעם. קווביטס קענען זיין קאַמפּערד מיט אַראָוז וואָס ווייזן אין דריי דימענשאַנז.
זיי זענען אין די 0 טנאָים אויב זיי פונט אַרוף. זיי זענען אין די 1 שטאַט אויב זיי פונט אַראָפּ. דער זעלביקער איז אמת מיט קלאסישע ביטן.
אָבער, זיי קענען אויך קלייַבן צו זיין אין אַ סופּערפּאָסיטיאָן שטאַט.
א פייַל איז אין די צושטאַנד ווו עס ווייזט אין קיין אנדערע ריכטונג. די סופּערפּאָסיטיאָן פון 0 און 1 רעזולטאַטן אין דעם שטאַט. א קוביט וועט נאָך פּראָדוצירן אָדער אַ 1 אָדער אַ 0 ווי דער רעזולטאַט ווען עס איז געמאסטן.
אָבער, די אָריענטירונג פון די פייַל דיטערמאַנז אַ מאַשמאָעס וואָס איז באַטייַטיק.
איר זענט מער מסתּמא צו באַקומען אַ 1 אויב די פייַל איז בפֿרט ווייזן אַראָפּ און אַ 0 אויב עס איז בפֿרט ווייזן אַפּווערדז.
איר וועט האָבן אַ 50% געלעגנהייט צו געווינען פֿאַר יעדער אויב די פייַל איז אין דעם צענטער. אין אַ נאַטשעל, דאָס איז סופּערפּאָסיטיאָן.
Entanglement
די ביטן אין אַ טראדיציאנעלן קאָמפּיוטער זענען פרייַ פון איינער דעם אנדערן. דער שטאַט פון איין ביסל האט קיין שייכות מיט די שטאַט פון די אנדערע ביסל.
די קווביטס אין קוואַנטום קאָמפּיוטערס קענען באַקומען ענטאַנגגאַלד מיט איינער דעם אנדערן. דאָס ימפּלייז אַז זיי צונויפגיסן אין אַ איין גרויס קוואַנטום שטאַט.
פֿאַר געמעל, באַטראַכטן צוויי קוויץ וואָס זענען אין פאַרשידן סופּערפּאָסיטיאָן שטאַטן אָבער זענען נישט נאָך ענטאַנגגאַלד. אין דעם צייַט, זייער מאַשמאָעס איז נישט פאַרלאָזנ אויף איינער דעם אנדערן.
ווען מיר צעמישן זיי, מיר מוזן אַוועקוואַרפן די פרייַ מאַשמאָעס און באַשטימען די מאַשמאָעס פון אַלע די אָלטערנאַטיוו שטאַטן מיר קענען אַנטלויפן, ניימלי 00, 01, 10 און 11.
די מאַשמאָעס פאַרשפּרייטונג פון די גאנצע סיסטעם איז געביטן אויב די ריכטונג פון די פייַל אויף איין קוביט איז געביטן ווייַל די קוביטס זענען ענטאַנגגאַלד.
די קווביטס זעלבסטשטענדיקייט איינער פון דעם אנדערן איז פארלוירן געווארן. יעדער פון זיי איז אַ קאָמפּאָנענט פון דער זעלביקער סייזאַבאַל שטאַט. ניט קיין ענין ווי פילע קווביטס איר האָבן, דאָס איז נאָך דער פאַל.
עס איז אַ מעגלעך קאָמבינאַציע פון 2n שטאַטן פֿאַר אַ קוואַנטום קאָמפּיוטער מיט n קווביץ.
איר האָבן אַ מאַשמאָעס פאַרשפּרייטונג איבער צוויי שטאַטן, פֿאַר בייַשפּיל, פֿאַר איין קוביט. איר האָבן אַ מאַשמאָעס פאַרשפּרייטונג אַריבער פיר שטאַטן פֿאַר צוויי קווביטס, אאז"ו ו. דער הויפּט דיסטינגקשאַן צווישן קלאַסיש און קוואַנטום קאָמפּיוטערס איז דאָס.
איר קענען שטעלן קלאַסיש קאָמפּיוטערס אין וועלכער צושטאַנד איר קלייַבן, אָבער בלויז איין אין אַ צייַט. אַלע פון די שטאַטן קענען עקסיסטירן קאַנקעראַנטלי אויף קוואַנטום קאָמפּיוטערס ווי אַ סופּערפּאָסיטיאָן.
ווי קען דער קאָמפּיוטער נוץ פון זיין אין אַלע די שטאַטן אין אַמאָל? די לעצטע עלעמענט פון ינטערפיראַנס קומט אין דעם פונט.
ינטערפיראַנס
א קוואַנטום כוואַליע פֿונקציע קענען זיין געניצט צו באַשרייַבן די שטאַט פון אַ קווביט.
די פונדאַמענטאַל מאַטאַמאַטיקאַל באַשרייַבונג פון אַלץ אין קוואַנטום פיזיק איז צוגעשטעלט דורך כוואַליע פאַנגקשאַנז.
ווען פילע קווביטס זענען ענטאַנגגאַלד, זייער יחיד כוואַליע פאַנגקשאַנז זענען קאַמביינד צוזאַמען צו פאָרעם אַ איין כוואַליע פֿונקציע וואָס באשרייבט די קוילעלדיק שטאַט פון די קוואַנטום קאָמפּיוטער.
ינטערפיראַנס איז דער רעזולטאַט פון אַדינג די כוואַליע פאַנגקשאַנז צוזאַמען. ווען כוואליעס זענען מוסיף צוזאַמען, זיי קען קאַנסטראַקטיוולי ינטעראַקט און פאַרבינדן צו שאַפֿן אַ גרעסערע כוואַליע, פּונקט ווי וואַסער ריפּאַלז טאָן.
זיי קענען אויך ינטעראַקט דעסטרוקטיוועלי צו אַנטקעגנשטעלנ זיך איינער דעם אנדערן. די וועריד מאַשמאָעס פון די פאַרשידן שטאַטן איז באשלאסן דורך די קוואַנטום קאָמפּיוטער ס קוילעלדיק כוואַליע פֿונקציע.
מיר קענען טוישן די ליקעליהאָאָד אַז זיכער שטאַטן וועט אַרויסקומען ווען מיר מעסטן די קוואַנטום קאָמפּיוטער דורך ענדערן די שטאַט פון פאַרשידן קוויץ.
אפילו כאָטש די קוואַנטום קאָמפּיוטער קענען עקסיסטירן אין עטלעכע סופּערפּאַזישאַנז פון שטאַטן אין אַמאָל, מעזשערמאַנץ בלויז אַנטדעקן איינער פון די שטאַטן.
דעריבער, בשעת ניצן אַ קוואַנטום קאָמפּיוטער צו פאַרענדיקן אַ קאַמפּיוטיישאַן אַרבעט, קאַנסטראַקטיוו ינטערפיראַנס איז דארף צו פאַרגרעסערן די ליקעליהאָאָד פון ריסיווינג די ריכטיק ענטפֿערן און דעסטרוקטיווע ינטערפיראַנס צו נידעריקער די ליקעליהאָאָד פון ריסיווינג אַ פאַלש ענטפער.
איצט, לאָמיר אָנהייבן מיט די Qiskit.
וואָס איז Qiskit?
Qiskit איז אַן IBM-פאַנדאַד ווייכווארג פריימווערק דיזיינד צו מאַכן עס גרינגער פֿאַר ווער עס יז צו אַרייַן די פעלד פון קוואַנטום קאַמפּיוטינג.
ווייַל קוואַנטום קאָמפּיוטערס זענען שווער צו באַקומען, איר קענען באַקומען איינער דורך אַ וואָלקן שפּייַזער, אַזאַ ווי IBM, ניצן זייער Qiskit מכשירים.
עס איז בנימצא פֿאַר פריי, און אַלע די קאָד איז עפענען מקור.
עס איז אַן אָנליין לערנבוך וואָס לערנט איר אַלע די פאַנדאַמענטאַלז פון קוואַנטום פיזיק, וואָס איז זייער נוציק פֿאַר יענע וואָס זענען נישט באַקאַנט מיט די טעמע. פּיטהאָן איז געניצט צו אַנטוויקלען די Qiskit טאָאָלקיט.
אַזוי, אויב איר זענט באַקאַנט מיט די Python פּראָגראַממינג שפּראַך, איר וועט דערקענען אַ פּלאַץ פון קאָד.
די ווייכווארג פריימווערק איז פּאַסיק פֿאַר די וואס ווילן צו לערנען וועגן קוואַנטום קאַמפּיוטינג בשעת אויך גיינינג פּראַקטיש דערפאַרונג.
די מערסט פונדאַמענטאַל אַספּעקט פון Qiskit איז אַז עס אַפּערייץ אין צוויי סטאַגעס. איינער פון די סטעפּס איז די קאַנסטראַקשאַן בינע, אין וואָס מיר מאַכן עטלעכע קוואַנטום סערקאַץ און נוצן די סערקאַץ צו סאָלווע די פּראָבלעם.
דערנאָך, נאָך קאַמפּליטינג די בנין בינע אָדער דערגרייכן די לייזונג, מיר גיינ ווייַטער צו דער ווייַטער בינע, וואָס איז באקאנט ווי די ויספירן בינע, אין וואָס מיר פּרווון צו לויפן אונדזער בויען אָדער לייזונג אין די פאַרשידן באַקענדז (שטאַט וועקטאָר באַקענד, יוניטאַרי באַקענד, אָפֿן ASM באַקענד), און נאָך די לויפן איז געענדיקט, מיר פּראָצעס די דאַטן אין די בויען פֿאַר דער געוואלט רעזולטאַט.
אָנהייבן מיט Qiskit
אויף דיין פערזענלעכע קאָמפּיוטער אָדער די Jupyter נאָוטבוק וואָס יבם האָסץ, איר קענען ינסטאַלירן עס לאָוקאַלי. שרייב די פאלגענדע קאָד צו ינסטאַלירן לאָוקאַלי אויף אַ Windows קאָמפּיוטער:
מיר דאַרפֿן צו פאַרשרייַבן דאָ צו אַקסעס די אַפּי סימען וואָס ינייבאַלז אונדז צו נוצן IBM ס קוואַנטום דעוויסעס, און דעמאָלט מיר קענען אָנהייבן ארבעטן מיט די פירמע 'ס וועבזייטל. איר קענען ימאַדזשאַן טאן דעם דורך ניצן אַ Qiskit-אינסטאַלירן דזשופּיטער נאָוטבוק פליסנדיק אָנליין.
איר קענט אַקסעס עס דורך סעלעקטירן דיין פּראָפיל פֿון די מעניו אין דער אויבערשטער רעכט ווינקל פון די בלאַט, און סעלעקטירן אַקאַונט אינפֿאָרמאַציע. איר קענען געפֿינען דיין אַפּי סימען אונטער די אָפּטיילונג אויף אַפּי טאָקענס אין די פאָרעם פון ***. עס איז קאַפּיד און דעמאָלט אריין אין די פאלגענדע קאָד:
אַמאָל דעם קאָד איז עקסאַקיוטאַד, דיין אַפּי סימען וועט זיין געראטעוועט אויף דיין קאָמפּיוטער, אַזוי איר קענען נוצן IBM ס קוואַנטום דעוויסעס. אַרייַן די פאלגענדע צו באַשליסן אויב איר האָט אַקסעס צו אַזאַ אַ מיטל:
אויב די אַפאָרמענשאַנד קאָד לויפט, איר זאָל קענען צו לויפן קאָד ניט בלויז אויף דיין קאָמפּיוטער אָבער אויך דורך שיקן די געבויט-אין קוואַנטום סערקאַץ צו יבם ס קוואַנטום דעוויסעס און באַקומען רעזולטאַטן.
אַזוי, ניצן די סערקאַץ ביבליאָטעק, מיר קענען אָנהייבן דעוועלאָפּינג אונדזער ערשטער קוואַנטום אַלגערידאַם. מיר אָנהייבן מיט ימפּאָרטינג די יקערדיק דיפּענדאַנסיז פון Qiskit אין אונדזער פּרויעקט.
דערנאָך מיר בויען אַ צוויי-קווביט קוואַנטום רעגיסטרירן און אַ צוויי-ביסל קאַנווענשאַנאַל רעגיסטרירן.
אַזוי איצט מיר האָבן געגרינדעט ביידע אַ קלאַסיש און אַ קוואַנטום רעגיסטרירן. ניצן די צוויי, מיר קענען בויען דעם קרייַז און אויב, אין קיין צייט בעשאַס די מאָדיפיקאַטיאָן פון די קרייַז, איר ווילט צו סקיצע ווי די קוואַנטום קרייַז קוקט ווי, שרייַבן די פאלגענדע קאָד:
מיר קענען זען פון די בילד אַז די קרייַז באשטייט פון צוויי קוואַנטום ביטן און צוויי קלאסישע ביטן.
ווי עס איז, דעם קרייַז פעלן טויערן, מאכן עס אַנינטראַסטינג. איצט לאָמיר בויען דעם קרייַז ניצן די קוואַנטום טויערן. ווי קלאסישע לאָגיק טויערן (און, אָדער טויערן) זענען פֿאַר נאָרמאַל דיגיטאַל סערקאַץ, קוואַנטום טויערן זענען די פונדאַמענטאַל קאַמפּאָונאַנץ פון קוואַנטום סערקאַץ.
אַפּלייינג דעם האַדאַמאַרד טויער צו דער ערשטער קוביט איז דער ערשטער שריט אין שאפן פאַרכאַפּונג. דערנאָך, ניצן די פאלגענדע קאָד, מיר וועלן לייגן אַ צוויי-קווביט קאַנטראָולד X אָפּעראַציע:
איצט אַז די צוויי אָפּערייטערז זענען געניצט צו בויען אונדזער קוואַנטום קרייַז, עס איז צייט צו מעסטן די קוואַנטום ביטן (קווביטס), נעמען די מעזשערמאַנץ און קראָם זיי אין די קלאסישע ביטן. זאל ס מאַכן די נייטיק קאָד צו דערגרייכן דעם:
די דיאַגראַמע אונטן דיפּיקס די אויסלייג פון אונדזער קרייַז:
דער קרייַז מוזן זיין לויפן אויף אַ טראדיציאנעלן קאָמפּיוטער סימיאַלייטער. דער קרייַז איז געענדיקט. און ונטערזוכן די אַוטקאַמז פון דעם דורכפירונג.
די אינפֿאָרמאַציע באקומען פון פּערפאָרמינג דעם קרייַז איז סטאָרד אין דער רעזולטאַט בייַטעוודיק. זאל ס ווייַזן די רעזולטאַטן ניצן אַ פּלאַנעווען כיסטאַגראַם.
דאָס איז וואָס כאַפּאַנז ווען מיר לויפן אונדזער קוואַנטום קרייַז. פֿאַר די נומערן 00 און 11, מיר באַקומען מאַשמאָעס פון אַרום 50%. דיין ערשט קוואַנטום קאָמפּיוטער קרייַז איז געבויט. מאַזל - טאָוו!
אַפּפּליקאַטיאָנס פון Qiskit קוואַנטום קאַמפּיוטינג
Qiskit Finance
א זאַמלונג פון דעמאָנסטראַטיווע מכשירים און אַפּלאַקיישאַנז זענען געפֿינט דורך Qiskit Finance. די אַרייַננעמען יסינג טראַנסלייטערז פֿאַר פּאָרטפעל אַפּטאַמאַזיישאַן, דאַטן סאַפּלייערז פֿאַר פאַקטיש אָדער טראַפ דאַטן, און ימפּלאַמאַנץ פֿאַר פּרייסינג פאַרשידן פינאַנציעל אָפּציעס אָדער קרעדיט ריזיקירן אַסעסמאַנץ.
Qiskit Nature
אַפּפּס ווי פּראָטעין פאָלדינג און עלעקטראָניש / וויבראָניק סטרוקטור קאַמפּיוטיישאַנז פֿאַר ביידע יקסייטאַד און ערד שטאַטן זענען געשטיצט דורך Qiskit Nature.
עס אָפפערס אַלע די פּאַרץ פארלאנגט פֿאַר קאַנעקטינג קלאסישע קאָודז און אויטאָמאַטיש קאַנווערטינג צו פאַרשידענע רעפּראַזאַנטיישאַנז דארף דורך קוואַנטום קאָמפּיוטערס.
Qiskit מאַשין לערנען
קוואַנטום מאַשין וויסן מעטהאָדס וואָס נוצן זיי צו אַדרעס פאַרשידן פּראָבלעמס, אַזאַ ווי ראַגרעשאַן און קלאַסאַפאַקיישאַן, זענען צוגעשטעלט דורך Qiskit Machine Learning און פונדאַמענטאַל קוואַנטום קערנאַלז און קוואַנטום נעוראַל נעטוואָרקס (QNNs) ווי בנין בלאַקס.
עס אויך ינייבאַלז די קשר פון QNNs צו PyTorch פֿאַר די ציל פון ינקאָרפּערייטינג קוואַנטום עלעמענטן אין קלאַסיש אַפּעריישאַנז.
Qiskit אָפּטימיזאַטיאָן
Qiskit Optimization אָפפערס די גאנצע ספּעקטרום פון אַפּטאַמאַזיישאַן באַדינונגס, אַרייַנגערעכנט הויך-מדרגה מאָדעלינג פון אַפּטאַמאַזיישאַן ישוז, אָטאַמייטיד איבערזעצונג פון פּראָבלעמס צו פאַרשידן נויטיק רעפּראַזאַנטיישאַנז און אַ זאַמלונג פון פּשוט קוואַנטום אַפּטאַמאַזיישאַן מעטהאָדס.
סאָף
אין מסקנא, כאָטש די פאַסטאַסט סופּערקאַמפּיוטער איצט בנימצא נעמט יאָרן, קוואַנטום קאָמפּיוטערס קענען געשווינד ברעכן דורך קראַנט ענקריפּשאַן מעטהאָדס.
טראָץ דער פאַקט אַז קוואַנטום קאָמפּיוטערס קענען ברעכן פילע ענקריפּשאַן טעקניקס געניצט הייַנט, עס איז דערוואַרט אַז זיי וועלן מאַכן כאַק-דערווייַז סאַבסטאַטוץ.
אָפּטימיזינג פּראָבלעמס איז אַ שטאַרקייט פון קוואַנטום קאָמפּיוטערס. פֿאַר מער דעטאַילס, ביטע באַזוכן Qiskit גיטהוב.
לאָזן אַ ענטפֿערן