Никакого физического образования не требуется! (Но любопытство помогает)
Квантовые вычисления объединяют информатику и физику и восходят к 1980 году, но большое внимание уделяется недавнему прогрессу, достигнутому в аппаратной и системной инженерии. Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) недавно опубликовал дискуссию с бывшим главным архитектором Google Sycamore Джоном Мартинисом. Обсуждение пытается ответить на вопрос: Насколько продвинулись квантовые вычисления на самом деле?.
Хотя ближайшее будущее квантовых вычислений является предметом споров, нет никаких сомнений в том, что разработка коммерчески жизнеспособных квантовых компьютеров может произвести революцию в современном обществе. Многие проблемы, которые просто неразрешимы для классических компьютеров, например точное моделирование химических реакций, могут быть решены с помощью квантовых компьютеров. Это может привести к разработке более легко перерабатываемых пластиков, экологически чистых удобрений и даже к взлому наших общих протоколов шифрования, таких как RSA.
Как государственные, так и частные инвестиции в квантовые вычисления находятся на рекордно высоком уровне. Многие крупные технологические компании выпускают фреймворки с открытым исходным кодом для самостоятельного изучения квантовых вычислений, будь то в локальных симуляциях или даже на реальном оборудовании. Хотя фон в физике может быть полезен, он не обязателен. Вы можете узнать о законах квантовой механики, используя языки программирования, созданные для использования странного поведения квантового мира.
Используя любой из следующих вариантов, вы можете научиться манипулировать кубитами (квантовыми битами), добиваться истинной случайности с помощью суперпозиции или реализовывать фундаментальные квантовые алгоритмы. Выпейте кофе и немного свободного времени и узнайте, как самостоятельно научиться квантовым вычислениям!
№1 — Microsoft Azure Quantum
Azure Quantum предоставляет множество служб как для энтузиастов, так и для профессионалов. Недавно они открыли рекламное предложение, чтобы получить вычислительные кредиты на сумму 500 долларов для работы на реальном квантовом оборудовании — все, что вам нужно сделать, это зарегистрировать новую учетную запись!
Список ресурсов, доступных в Azure Quantum, включает квантовый комплект разработки (QDK), квантовый язык программирования Q#, а также методы оптимизации, основанные на квантовых алгоритмах. Microsoft сотрудничает с такими компаниями, как Quantinuum и IonQ, обе из которых используют архитектуру захваченных ионов для реализации своих собственных квантовых компьютеров. Используя Azure Quantum, вы можете запускать свои программы как в режиме локальной симуляции, так и напрямую на квантовом компьютере!
Еще одним замечательным качеством AQ является их учебный ресурс Quantum Katas. Katas — это коллекция блокнотов Jupyter для интерактивного обучения. Вы узнаете о принципах квантовых вычислений, а затем реализуете код для прохождения тестов (если вы застряли, доступны решения и подсказки). Достаточно скоро вы будете писать квантовые программы, подобные следующим:
Azure Quantum был запущен в феврале 2021 года и приветствует вклад в свои репозитории с открытым исходным кодом. Каждый четверг в 8:30 по тихоокеанскому стандартному времени офисы открыты даже в рабочие часы. Подробнее об Azure Quantum можно узнать здесь:
# 2 — Qiskit от IBM
Quantum Information Software Kit for Quantum Computation (Qiskit) — это SDK с открытым исходным кодом для работы с квантовыми компьютерами на уровне импульсов, схем и прикладных модулей. В дополнение к исчерпывающему списку вариантов вычислений Qiskit предлагает возможности квантового машинного обучения и подробные рабочие процессы для проектирования схем. Ниже приведена простая программа на Python для построения и печати схемы:
Затем это напечатает:
┌───┐ ┌─┐
q_0: ┤ H ├───────■──┤M├───
├───┤┌───┐┌─┴─┐└╥┘┌─┐
q_1: ┤ X ├┤ H ├┤ X ├─╫─┤M├
├───┤└┬─┬┘└───┘ ║ └╥┘
q_2: ┤ H ├─┤M├───────╫──╫─
└───┘ └╥┘ ║ ║
c: 3/═══════╩════════╩══╩═
2 0 1
Вы можете добавить дополнительные настройки, чтобы получить более подробную информацию по мере усложнения конфигурации вашей схемы. Qiskit также имеет открытый исходный код, имеет обширный охват разработчиков и перечисляет многие из их репозиториев на GitHub. Узнайте больше о Qiskit здесь:
№3 — Google Cirq
Cirq, выпущенный в августе 2018 года, представляет собой библиотеку Python для написания, управления и оптимизации квантовых схем для запуска на квантовых компьютерах или симуляциях. Структура Google предполагает, что пользователи хорошо знакомы с квантовыми вычислениями, и новичкам рекомендуется изучить основы, прежде чем приступать к документации Cirq. Как правило, учебные пособия не пропускают математику и имеют более крутую кривую обучения, чем другие перечисленные варианты.
В целом Cirq инвестирует меньше, когда речь идет об информационно-пропагандистской деятельности и обучении, а для использования их оборудования требуется разрешение. Несмотря на это, у Google есть свои уникальные предложения и парадигма, которые стоит изучить:
№ 4 — Амазонский тормоз
Braket предоставляет единую среду для создания, тестирования и запуска квантовых алгоритмов. Нотация Бракета или нотация Дирака используется для обозначения квантовых состояний. Amazon Braket предоставляет ноутбуки Jupyter с предустановленными инструментами разработчика, примерами приложений и учебными пособиями для быстрого начала работы. Amazon также сотрудничает с ведущими компаниями, такими как IonQ, поэтому вы можете самостоятельно запускать свои программы на оборудовании.
Как и любой другой пример в этом списке, Amazon размещает свой Braket SDK на GitHub и поощряет участие в своих репозиториях с открытым исходным кодом. Существующее квантовое оборудование относится к эпохе Noisy Intermediate Scale Quantum (NISQ). В настоящее время квантовые устройства слишком шумные для реализации чистых квантовых алгоритмов, таких как алгоритм Шора для факторизации больших чисел или алгоритм Гровера для эффективного поиска. Braket сочетает классические процессоры с квантовыми процессорами для ускорения конкретных вычислений классических алгоритмов, хотя у них есть и примеры чисто квантовых алгоритмов.
Вы можете попробовать Braket самостоятельно здесь:
Каждый из этих вариантов имеет свои уникальные предложения, но одно остается неизменным. Квантовые вычисления вступили в новую экспериментальную эру, когда правительства и компании по всему миру стремятся оценить, насколько осязаемым является полноценный квантовый компьютер. Уделяя особое внимание платформам и сообществам с открытым исходным кодом, компании надеются на сотрудничество как с энтузиастами, так и с профессионалами. С такой футуристической технологией в первые годы ее становления, почему бы не попробовать себя в квантовых вычислениях?
Спасибо, что прочитали мою статью, и я надеюсь, что вы нашли список полезным. Если вы хотите поддержать меня напрямую, вы можете зарегистрироваться на Medium, используя мою реферальную ссылку ниже.
