Шиносоӣ бо протсессори квантӣ

Компютерҳои квантӣ аз qubits сохта шудаанд. Аммо танҳо доштани бисёр қубитҳо кифоя нест.

Миллиард қубит, ки дар алоҳидагӣ кор мекунанд, ҳеҷ гоҳ ба ҳеҷ чиз ноил намегардад. Онҳо бояд бо ҳамдигар сӯҳбат кунанд. Ин маънои онро дорад, ки зарурати тавассути амалиёти ба ном идорашаванда бояд пайваст карда шавад. Ҳар як дастгоҳ қоидаҳои худро дорад, ки бо ин роҳ ҷуфтҳои қубитро метавон пайваст кард. Ҳар қадаре, ки пайвасти дастгоҳ беҳтар бошад, татбиқи алгоритмҳои пурқудрати квантӣ зудтар ва осонтар мешавад.

Табиати хатоҳо низ омили муҳим аст. Дар давраи наздиктарини ҳисобкунии квантӣ, ҳеҷ чиз комилан комил нахоҳад буд. Аз ин рӯ, мо бояд донем, ки чӣ гуна хатогиҳо рух медиҳанд, эҳтимолияти онҳо ва оё коҳиш додани таъсири онҳо дар барномаҳои марбут ба мо.

Инҳо се ҷанбаи муҳимтарини дастгоҳи квантӣ мебошанд: рақами qubit, пайвастшавӣ ва сатҳи садо. Барои доштани ҳар гуна тасаввурот дар бораи он, ки компютерҳои квантӣ чӣ кор карда метавонанд, ҳамаашро донед.

Пас биёед бозие кунем, ки дар дастгоҳи квантӣ кор кунад ва ҳамаи ин чизҳоро мустақиман нишон диҳад. Бо бозии оддӣ, плеер аниқ хоҳад кард, ки дастгоҳ то чӣ андоза калон ва пайваст аст. Ҳангоми муқоиса кардани давиш дар дастгоҳи воқеӣ бо як симулятор, онҳо хоҳанд дид, ки садо то чӣ андоза пурзӯр аст. Пас аз он ки дубора бо сабукгардонии хатогӣ дубора бозӣ мекунед, онҳо тасаввурот пайдо мекунанд, ки чӣ қадар иттилооти муфидро ҳатто дар давраи компютерҳои квантии каме садо нигоҳ доштан мумкин аст. Мо ин бозиро Awesomeness Quantum меномем ва онро дар дастгоҳи IBM бо номи 'ibmq_16_melbourne' бозӣ хоҳем кард.

Тасвири дар боло буда дастур медиҳад, ки дар дастгоҳи Мелбурн чӣ рух дода истодааст. 14 qubit мавҷуданд, ки шумораи онҳо аз 0 то 13 мебошанд, аз ҷониби доираҳои ранга нишон дода шудаанд. Qubits, ки метавонанд бо ҳамдигар тавассути амалиёти назоратӣ бо ҳам сӯҳбат кунанд, бо хати васлшуда нишон дода шудаанд, ки ба ҳар яки онҳо номе барои ном дода шудааст.

Чизи аз ҳама муфиде, ки шумо метавонед бо амалиёти назоратӣ анҷом диҳед, эҷод ва идора кардани ҳамбастагӣ мебошад. Танҳо бо ин мо метавонем фазои пурраи имкониятҳое, ки барои қубитҳои мо кушодаанд, омӯхтем ва умедворем, ки барои компютерҳои классикӣ амалан ғайриимкон аст.

Навъи оддии ҳамбастагӣ танҳо ду qubitро дар бар мегирад. Ин боиси он хоҳад шуд, ки ҳосил ба натиҷаҳои тасодуфӣ, вале ба таносуби байни онҳо дода шавад. Барои намуна, биёед барномаи зеринро дар якчанд qubits дида бароем.

Ин диаграммаи схема аст: таърихи қубитҳо дар барномаи мо аз чап ба рост гуфта шудааст.

Дар ин ҷо мо rx амалиётро барои кунҷи π / 2 анҷом медиҳем, ки дар натиҷа тақрибан ним дарвоза мешавад. Ин як мисоли онест, ки мо дар қисмати Батл бо бозии қисман НА дарвозаҳо номидаем "қисман НЕ". Ба ҷои ғорат кардани qubit аз тамоми роҳи 0 | ба | 1⟩, онро дар ҳолати суперпозитсияи квантӣ дар дохили он нигоҳ медорад.

Амалиёте, ки дар ҳарду qubits амал мекунад, як назоратшаванда аст - НЕ, ки ба НУБ ба qubit поёни танҳо дар ҳолати дар боло | 1⟩ дахл дорад. Азбаски яке аз болоҳо дар superposition ҳарду имконот аст, таъсири назоратшаванда - НЕ ин паҳн кардани суперпозицияро ба қубит дар поёни он ҷой медиҳад: superposition омезиши ҳарду | 0⟩ ва ҳарду | 1⟩.

Қисми ниҳоии ноҳиявӣ аз ҳар qubit баровардани каме оддӣ аст: | 0⟩ 0 мешавад, | 0⟩ 1 мешавад ва суперпозиция интихоби тасодуфии ин ё он кас мегардад. Аммо гарчанде ки ҳар ду qubits дар ин ҳолат натиҷаи тасодуфӣ хоҳанд дод, онҳо итминон доранд, ки ҳамеша розӣ мешаванд.

Барои тасдиқи ин, биёед онро иҷро кунем. Натиҷаи ба даст овардам,

{'11': 503, '00': 521}

Аз 1024 намунае, ки барнома иҷро карда шуд, ҳама натиҷаҳо ё '00` ё' 11 'баромаданд. Ва мо тақрибан баробари ҳар як аз намунаҳо дорем. Ҳама тавре ки пешбинӣ шуда буд.

Бо иваз кардани арзиши π / 2, мо табиати суперпозицияро тағир дода метавонем. Қимати камтар натиҷаҳоро нисбат ба баромади 0 аз ҳад зиёдтар ва арзиши наздик ба π ба ғараз ба 1s оварда мерасонад. Ин маънои онро дорад, ки мо эҳтимолияти фарқ кардани ҳар як баромади онро 1 фарқ хоҳем кард. Аммо ҳар кадом арзиши интихобкардаи мо, ин шакли гардиш кафолат медиҳад, ки натиҷаҳо барои ду qubit ҳамеша мувофиқат мекунанд.

Дар ин бозӣ, мо қуръа аз ин ҷуфтҳои қубитҳои ба ҳам пайвастаро дар дастгоҳ хоҳем сохт. Барои ин, мо бояд роҳеро интихоб кунем, ки қубитҳоро якхела ҷуфт кунед (эҳтимол дорад, ки баъзе ҷойҳои эҳтиётии худро боқӣ гузошта). Ин ҷуфтшавӣ ба таври тасодуфӣ интихоб карда мешавад ва тамоми нуқтаи бозӣ он аст, ки плеер тахмин кунад, ки ин пайвастшавӣ чист.

Пас аз пайвасткунии тасодуфӣ, мо асосан барномаи квантиро дар болои ҳар як ҷуфти мустақил иҷро мекунем. Гарчанде ки мо як фарқиятро пешниҳод хоҳем кард: барои ҳар як ҷуфт мо ба таври тасодуфӣ арзиши амалиёти рхро интихоб хоҳем кард, аз ин рӯ дараҷаи тасодуфии муштараки qubits ҷуфтшуда аз ҷуфт ба ҷуфт фарқ мекунад.

Вақте ки мо гардишро иҷро мекунем, натиҷа 14 сатрро ташкил медиҳад: бо ҳар як каме натиҷаи баровардани ҳар як qubit. Азбаски мо онро барои намунаҳои зиёди оморӣ иҷро мекунем, натиҷаи пурраи онҳо рӯйхати сатрҳои каме, ки оварда шудаанд ва миқдори маротиба, ки ҳар яки онҳо ба амал меоянд, хоҳад буд.

Азбаски ҳадафи бозӣ аз он иборат аст, ки плеер ҷудо кардани ҷуфтро аз баромади худ дошта бошад, мо танҳо ҳамаи ин маълумотҳоро ба онҳо партофта метавонем. Аммо ин шояд хеле ҷолиб набошад. Ба ҷои ин, мо метавонем танҳо ба нуктаҳои муҳим диққат диҳем:

  • Эҳтимолияти ҳар як qubit баромади 1 ба ҷои 0 чӣ гуна аст?
  • Эҳтимолияти он ки ҳар як ҷуфт qubits пайвастшуда арзиши якхела доранд?

Баъд мо метавонем ин маълумотро дар тасвири дастгоҳи худ гузорем. Масалан, дар ин ҷо як маҷмӯи махсуси медавад.

Рақаме, ки дар ҳар як qubit нишон дода шудааст, фоизи намунаҳоест, ки барои онҳо натиҷа дода шудааст. 1. Рақами ҳар як пайвастшавӣ фоизи намунаҳоест, ки барои онҳо ҷуфтҳои қубитҳои мувофиқ натиҷаи норозигӣ доштанд. Бо ин маълумот, мо ба осонӣ ҷуфтҳои қубитҳоро, ки ба ҳам пайванданд, ёфтан мумкин аст: ё ҷустуҷӯи қубитҳое, ки эҳтимолияти баровардани 1 -ро тақсим мекунанд ё ёфтани ҷуфтҳое, ки ҳеҷ гоҳ ихтилоф надоранд.

Маълумоти дар боло овардашуда аз як тренажер гирифта шудааст. Акнун биёед онро дар дастгоҳи воқеии квантӣ санҷем.

Дар ин ҷо натиҷаҳо ба мисли симулятор он қадар номуайян нестанд. Таъсири садо хеле қавитар аст, ки шинохтани ҷуфтро мушкилтар мекунад.

Аммо ҳама чиз гум нашудааст! Мо метавонем каме сабук кардани хатогиро иҷро кунем. Мо медонем, ки натиҷа бояд сохтори муайяне дошта бошад, аз ин рӯ мо метавонем онро сохтем ва онро барои тоза кардани натиҷа истифода барем.

Ин аст роҳи хеле соддатарин барои ин кор. Аввалан, ҳар як qubit ба ҳамсоягонаш менигарад ва бубинад, ки кадоме аз инҳо бо он мувофиқат мекунад. Он гоҳ мефахмед, ки ин qubit мувофиқтарин шарики ӯст. Барои санҷиш ва ислоҳ кардани хатогиҳо дар натиҷаҳои он, пас мо эҳтимолияти ба даст овардани натиҷаи 1 барои ин қубитро бо ҳисоби миёнаи ҳар дуи он иваз мекунем.

Гарчанде ки инҳо беҳтар шуданд, онҳо ба ҳеҷ ваҷҳ ба камол нарасиданд. Сабаби он аст, ки нақшаи кам кардани хатогии мо хеле оддӣ аст ва танҳо дар охири раванд пайваст карда мешавад. Сабукгардонии хато метавонад таъсири пурқувват дошта бошад, аммо ин аз ҳама самаранок аст, вақте худи барномаи квантӣ сохта мешавад (чизе, ки шумо метавонед дар ин лоиҳа густариш ёбед).

Ҳоло, биёед танҳо бо истифодаи ин натиҷаҳои сабукшуда бозӣ кунем.

Вазифаи мо аз он иборат аст, ки ба рақамҳои qubits назар кунем ва кӯшиш кунем, ки ҷуфтҳоро ё ҳамон рақам дошта бошем ё ҳадди аққал рақамҳое дошта бошем, ки ба қадри имкон наздиканд. Ду 48-и чап дар оғози хуб ба назар мерасанд. Пас, биёед ба ҷуфти А дохил шавем, тавре, ки мо фикр мекунем он ба ҳам мепайвандад.

Ду ҷуфтҳои 46-и H ба ҳамдигар монанданд ва инчунин аз ҳамсоягони худ хеле фарқ мекунанд. Ҳамин тавр, мо ба вай ҳам бирасем.

Он гоҳ ҷуфти E ба назар хеле хуб менамояд.

Ва ҷуфт С.

Акнун ба ҷое расидем, ки садо онро барои мо каме душвор мекунад. Оё 42-ро бо 55, ё 56 ҷуфт кардан лозим аст? Азбаски 55 ба арзиши он наздиктар аст, мо барои ҷуфт O меравем.

Ниҳоят, мо бо ду қубит мондем, ки бояд бо ҳеҷ чиз ҷуфт карда намешуд. Аз сабаби тарҳрезии графикаи пайвасти он ҳамеша ҳамеша дар ин дастгоҳ рух хоҳад дод. Ҳамин тавр мо ба ҳалли он расидем! Аммо оё он дуруст буд?

Биёед бори дигар ба моделатсияи беғайр нигарем, ки дар он пайваст кардани дуруст дидани он осонтар буд.

Ҷуфтҳое, ки мувофиқати комилро нишон медиҳанд, маҳз он чизҳое мебошанд, ки мо интихоб кардем. Мо ростгӯёнем. Мо дар компютери квантӣ бозӣ кардем ва мо пирӯз шудем!

Боз чӣ?

Агар шумо хоҳед, ки бо барномасозии квантӣ оғоз намоед, чаро рамзи манбаъро барои ин бозӣ, ки дар дарси Qiskit дастрас аст, аз назар гузаронед.

Мо ҳатто чанд тарзеро дар бораи роҳҳои паҳн кардани он ҷамъоварӣ кардем

  • Барои бозӣ кардани алгоритм алгоритм нависед. Ин метавонист ҷуфтҳоро то ҳадди имкон дуруст бо роҳи таҳлили маълумотҳои таҳлили амиқ нишон диҳад.
  • Ҳангоме ки садо нест, муаммо хеле осон аст. Шумо метавонед сатҳи гуногуни душвориҳоро пешниҳод кунед.
  • Сабук кардани хатогиҳои дар ин ҷо истифодашаванда хеле содда мебошанд. Шумо метавонед барои амалисозии чизи мураккабтар, масалан 'арзёбии марҳилаи устувор', ки дар ин нутқ тавсиф шудааст, амал кунед.
  • Оё мумкин аст вазъҳои мураккабтаре, ба мисли онҳое, ки дорои се қубит мебошанд, истифода шаванд, то ягон қубит дар дастгоҳ аз фароғат дур нашавад?

Бо ин ва дигар бозиҳои квантии мо хурсандӣ кунед!