Программирование на квантовых компьютерах: какой язык учить

Записки программиста

Сегодня я хотел бы начать публикацию серии заметок про эту животрепещущую тему, по которой недавно вышла моя новая книга, а именно введение в понимание квантовой вычислительной модели. Я благодарю моего доброго товарища и коллегу Александра за предоставленную возможность размещения в его блоге гостевых постов на эту тему.

Я постарался сделать эту кратчайшую заметку как можно более простой с точки зрения понимания неподготовленным читателем, который, однако, хотел бы понять, что такое квантовые вычисления. Тем не менее, от читателя требуется владеть базовым пониманием информатики. Ну и общее математическое образование тоже не помещало бы :). В статье нет формул, всё объясняется словами. Тем не менее, все вы можете задавать мне вопросы в комментариях, и я постараюсь объяснять, как только могу.

Python

Python остается номером один: простой в использовании, доступный, универсальный язык подойдет каждому, кто интересуется программированием. Даже люди, плохо знакомые с написанием кода, могут с ним сдружиться.

К нашему счастью, многие программные пакеты написанные для симуляции квантовых компьютеров или связи с ними устроены так, чтобы их можно было использовать с Python. Таким образом, понимание основ языка будет чрезвычайно полезно для квантового программирования.

Таким образом, для тех, кто хочет изучать квантовое программирование, Python — хороший способ начать. Из-за его популярности уже существует множество обучающих ресурсов. Python удобен для новичков, что делает его подходящим языком для понимания основных концепций информатики.

Все отзывы о Книга Программирование квантовых компьютеров. Базовые алгоритмы и примеры кода (Химено-Сеговиа М., Хэрриган Н., Джонстон Э.)

Помогать другим покупателям определиться с выбором товара теперь выгодно! Расскажите о товаре, который приобрели у нас, и получите за это ON-бонусы!
Пишите отзывы о каждом товаре, приобретенном в интернет-магазине ОНЛАЙН ТРЕЙД.РУ. Благодаря этому другие покупатели смогут узнать о качестве, достоинствах и возможных недостатках товара, который они собираются приобрести. А Вы за свои отзывы получите заслуженную награду на ваш бонусный счет.

На данный товар видеообзоры более не принимаются.
Подробную информацию о правилах публикации видеообзоров на товары смотрите в разделе ON-бонусы за видеообзоры на товары

На данный товар обзоры более не принимаются.
Подробную информацию о правилах публикации обзоров на товары смотрите в разделе ON-бонусы за обзоры на товары

На данный товар фотографии более не принимаются.
Подробную информацию о правилах публикации фотографий товаров смотрите в разделе ON-бонусы за фотографии товара

Обозначение Qubit

Мы часто обозначаем кубиты, используяНотация дирака, также известный какBra-кет обозначения, Эта запись является просто удобным способом записи векторов. Бюстгальтер представляет векторы строк и обозначается ⟨ ∣ ; кет представляет векторы столбцов и обозначается ∣ ⟩ , Например, мы можем записать состояния «0» и «1» кубита в нотации Bra-ket следующим образом (будьте осторожны, чтобы не перепутать, что находится внутри bra / ket с тем, что находится внутри вектора!):

Кубиты могут быть либо вчистые состоянияилисмешанные состояния, Если состояние кубита может быть полностью описано с использованием линейной комбинации ∣0⟩ а также ∣1⟩ , тогда мы говорим, что в чистом виде. Мы часто обозначаем кубиты чистого состояния, используя следующие обозначения:

Вот несколько примеров чисто государственных кубитов и общих сокращений для их обозначения.

Другие кубиты требуют, чтобы смеси чистых состояний полностью описывали их, поэтому мы называем их смешанными кубитами состояний. Другими словами, кубит со смешанным состоянием описывается распределением вероятностей по чистым состояниям. Далее мы увидим пример смешанных кубитов состояния в этой статье (я укажу на это).

Qiskit

Qiskit — это IBM’s комплект разработки программного обеспечения с открытым исходным кодом (SDK) для работы с квантовыми компьютерами.

Qiskit упрощает разработку квантовых приложений, предлагая ресурсы, необходимые для взаимодействия с квантовыми системами и симуляторами. Qiskit подходит для конечных пользователей без опыта в квантовой разработке. С четырьмя пакетами Qiskit — Aqua, Terra, Ignis, и Aer — вы можете работать как с простыми, так и со сложными алгоритмами.

Если вы рассматриваете Qiskit, то доступны два варианта: можно либо запустить его локально, либо в облаке без установки какого-либо ПО, используя Компьютерную лабораторию IBM.

Cirq — это основанная на Python библиотека программного обеспечения Google для написания, управления и оптимизации квантовых схем, а затем — их запуска на квантовых системах или симуляторах.

По состоянию на начало 2021 года Cirq работает над предложением доступа к одному из реальных квантовых компьютеров Google. Между тем, все еще можно создавать алгоритмы и схемы и тестировать их на квантовом симуляторе.

Google предлагает различные руководства, которые помогают новичкам перейти от нулевого к экспертному уровню квантовой симуляции с использованием Cirq.

Программирование квантовых компьютеров, Базовые алгоритмы и примеры кода, Химено-Сеговиа М., Хэрриган Н., Джонстон Э., 2021

По кнопке выше «Купить бумажную книгу» можно купить эту книгу с доставкой по всей России и похожие книги по самой лучшей цене в бумажном виде на сайтах официальных интернет магазинов Лабиринт, Озон, Буквоед, Читай-город, Литрес, My-shop, Book24, Books.ru.

По кнопке «Найти похожие материалы на других сайтах» можно искать похожие материалы на других сайтах.

On the buttons above you can buy the book in official online stores Labirint, Ozon and others. Also you can search related and similar materials on other sites.

Программирование квантовых компьютеров, Базовые алгоритмы и примеры кода, Химено-Сеговиа М., Хэрриган Н., Джонстон Э., 2021.

Квантовые компьютеры спровоцировали новую компьютерную революцию, и у вас есть прекрасный шанс присоединиться к технологическому прорыву прямо сейчас. Разработчики, специалисты по компьютерной графике и начинающие айтишники найдут в этой книге практическую информацию по квантовым вычислениям, нужную программистам. Вместо штудирования теории и формул вы сразу займетесь конкретными задачами, демонстрирующими уникальные возможности квантовой технологии.
Эрик Джонстон. Ник Хэрриган и Мерседес Химено-Сеговиа помогают развить необходимые навыки и интуицию, а также освоить инструментарий, необходимый для создания квантовых приложений. Вы поймете, на что способны квантовые компьютеры и как это применить в реальной жизни.

Что такое QPU?
Несмотря на повсеместное использование, термин «квантовый компьютер» может ввести в заблуждение. Он вызывает в воображении образ совершенно нового, чуть ли не инопланетного устройства, заменяющего все существующие программные продукты футуристическими альтернативами.

На момент написания этой книги существовало распространенное, хотя и очень серьезное ошибочное представление. Перспективы квантовых компьютеров связаны не с тем, что они станут «убийцами» традиционных компьютеров, а, скорее, с их способностью радикально расширить набор задач, решаемых вычислительными средствами. Существуют важные вычислительные задачи, легко решаемые на квантовом компьютере, но которые буквально невозможно решить на любом гипотетическом вычислительном устройстве, которые мы когда-либо могли надеяться построить.

Но принципиально то, что подобное ускорение наблюдается только для определенных задач (многие из которых будут рассмотрены более подробно). И хотя ожидается, что со временем будут обнаружены новые типы таких задач, крайне маловероятно, что все вычисления будет разумно проводить на квантовых компьютерах. При решении большинства задач, на которые расходуются такты процессора вашего ноутбука, квантовый компьютер будет работать не лучше обычного.

Оглавление.
Предисловие.
Глава 1. Введение.
ЧАСТЬ I. ПРОГРАММИРОВАНИЕ ДЛЯ QPU.
Глава 2. Один кубит.
Глава 3. Группы кубитов.
Глава 4. Квантовая телепортация.
ЧАСТЬ II. ПРИМИТИВЫ QPU.
Глава 5. Квантовая арифметика и логика.
Глава 6. Усиление комплексной амплитуды.
Глава 7. QFT: квантовое преобразование Фурье.
Глава 8. Квантовая оценка фазы.
ЧАСТЬ III. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ QPU.
Глава 9. Реальные данные.
Глава 10. Квантовый поиск.
Глава 11. Квантовая избыточная выборка.
Глава 12. Алгоритм Шора.
Глава 13. Квантовое машинное обучение.
ЧАСТЬ IV. ПЕРСПЕКТИВЫ.
Глава 14. Обзор литературы.

Квантовый бит

Я так подробно разжёвывал выше про биты, чтобы всем стало понятно — в квантовых битах (кубитах) всё то же самое.

В них мы тоже принимаем за 0 или 1 какое-то их свойство, которое можем писать и читать, и так же можем делать их из разных материалов — просто теперь вместо механических реле мы используем частицы. ? Точнее их свойства — спин электрона, поляризацию фотона, и.т.д.

В чём же разница?

Кубит можно еще и подбросить как монетку! Перевести в суперпозицию, из которой он будет выпадать 0 (орлом) или 1 (решкой) с чёткой и нужной нам вероятностью.

Это открывает нам третье весёлое состояние, ради которого мы тут и собрались вообще.

Любое чтение кубита уничтожит нашу суперпозицию. Он схлопнется в 0 или 1, то есть монетка будет поймана, а стрелочка на нашей картинке повернётся к |0〉 или |1〉 .

Циферблатики со стрелочками — это стандартная форма записи, привыкайте.

До чтения же у нас есть четкая вероятность того и другого исхода. Скажем, 70% на 30%. Мы не можем предсказать результат, но вероятности вот они, пожалуйста.

Мы можем спокойно нарисовать вероятности нашего кубита на картинке. Они не изменятся без нашего вмешательства.

В бульварных газетах тут любят говорить, что кубит как бы ОДНОВРЕМЕННО принимает значение 0 и 1. Думаю, после моего хейта в сторону Кота, вы понимаете почему мне не нравится это слово.

Оно отвратительно бесполезно! Щас еще параллельные миры плодить будем, ну уж нет.

Главная фишка такого кубита-монетки именно в том, что мы МОЖЕМ влиять на вращение этой монетки пока она в воздухе, влияя тем самым на вероятность выпадения орла или решки в конце.

Правда графики выше получаются не очень красиво, потому мы придумали рисовать такие вот циферблатики, где мы двигаем стрелочку как хотим, а в конце она схлопнется вверх или вниз.

Никакой магии, просто вероятность.

Мы можем направить на нашу монетку магнит, чтобы замедлить её вращение, инвертировать её в другую сторону или вообще заморозить, чтобы орёл был строго вверх. В этом случае он будет выпадать в 100% случаев, если вдруг нам это нужно.

В классических битах мы могли в любое время записать в него 0 или 1, а в кубитах мы можем записать в него вероятность быть 0 или 1 в конечном счёте.

Мы имеем право сколько угодно шалить с вероятностями внутри кубита, но когда мы читаем его значение — он всегда схлопывается в 0 или 1 с заданной вероятностью, превращаясь по сути в обычный бит. ? Здесь я хотел пошутить «это ведь вам не квантовая физика какая-нибудь» и что-то замешкался

Да, мы можем имитировать им обычный бит, просто записывая 100% вероятность за один из вариантов кубита.

Это легально, однако обычный бит справится с этим лучше и быстрее, а всё квантовое веселье таится именно между состояниями 1 и 0.

Всё это не очень полезно пока у нас только один кубит, но когда мы возьмем их несколько, мы сможем завязать их вероятности друг на друга так, чтобы система выдавала нам один из результатов с большей суммарной вероятностью, чем все другие.

Самые смекалистые уже догадались что мы тут хотим: хитро завязать все вероятности, чтобы этот «самый вероятный» результат и был нашим правильным ответом. Но об этом мы еще поговорим в разделе про сам квантовый компьютер, терпения.

Напоследок вот вам пара фоток одного кубита в реальности: раз и два.

? Мы правда пока не знаем какая частица будет самой удобной чтобы стать кубитом. Каждая компания сегодня изобретает свой велосипед — кто-то фигачит электроны в сверхпроводник и замеряет их спин, другие пускают фотоны света по оптоволокну и смотрят поляризацию. Лично мне фотоны кажуются перспективнее хотя бы потому что для них не нужно охлаждать компьютер до -270°C 😀

Но есть ещё высокотемпературная сверхпроводимость, и вроде в этой теме постоянно прогресс идёт..

Dmitry Kochkin, такие низкие температуры нужны не только для сверхпроводимости, а еще и для уменьшения тепловых шумов, которые разрушают квантовые состояния. Поэтому высокотемпературные сверхпроводники скорее всего не очень будут полезны.

есть еще аналогия с носками — если надеть один на левую ногу, то второй автоматически становится правым

В чем разница между стрелочкой в правой половине циферблата и аналогичной стрелочкой в левой половине? 30% 0, 70% 1 можно выразить двумя рисунками на циферблате.

SylixOS I/O

1 Обзор I/O ， ， ， I/O ， 。select、pselect、poll、ppoll 4 I/O ， ， I/O 。 select 、pselect 、poll ppoll 。 2、select 2.1 select ： ， 0， -1 ； iWidth 1； pfdsetRead ； pfdsetWrite ； pfdsetExcept ； ptmvalTo 。 pselect .

Характеристики

Квантовые компьютеры спровоцировали новую компьютерную революцию, и у вас есть прекрасный шанс присоединиться к технологическому прорыву прямо сейчас. Разработчики, специалисты по компьютерной графике и начинающие айтишники найдут в этой книге практическую информацию по квантовым вычислениям, нужную программистам. Вместо штудирования теории и формул вы сразу займетесь конкретными задачами, демонстрирующими уникальные возможности квантовой технологии.Эрик Джонстон, Ник Хэрриган и Мерседес Химено-Сеговиа помогают развить необходимые навыки и интуицию, а также освоить инструментарий, необходимый для создания квантовых приложений. Вы поймете, на что способны квантовые компьютеры и как это применить в реальной жизни.Книга состоит из трех частей:- Программирование QPU: основные концепции программирования квантовых процессоров, выполнение операций с кубитами и квантовая телепортация.- Примитивы QPU: алгоритмические примитивы и методы, усиление амплитуды, квантовое преобразование Фурье и оценка фазы.- Практика QPU: решение конкретных задач с помощью примитивов QPU, методы квантового поиска и алгоритм разложения Шора.

Kvantovye kompyutery sprovotsirovali novuyu kompyuternuyu revolyutsiyu, i u vas est prekrasnyy shans prisoedinitsya k tekhnologicheskomu proryvu pryamo seychas. Razrabotchiki, spetsialisty po kompyuternoy grafike i nachinayushchie aytishniki naydut v etoy knige prakticheskuyu informatsiyu po kvantovym vychisleniyam, nuzhnuyu programmistam. Vmesto shtudirovaniya teorii i formul vy srazu zaymetes konkretnymi zadachami, demonstriruyushchimi unikalnye vozmozhnosti kvantovoy tekhnologii.Erik Dzhonston, Nik KHerrigan i Mersedes KHimeno-Segovia pomogayut razvit neobkhodimye navyki i intuitsiyu, a takzhe osvoit instrumentariy, neobkhodimyy dlya sozdaniya kvantovykh prilozheniy. Vy poymete, na chto sposobny kvantovye kompyutery i kak eto primenit v realnoy zhizni.Kniga sostoit iz trekh chastey:- Programmirovanie QPU: osnovnye kontseptsii programmirovaniya kvantovykh protsessorov, vypolnenie operatsiy s kubitami i kvantovaya teleportatsiya.- Primitivy QPU: algoritmicheskie primitivy i metody, usilenie amplitudy, kvantovoe preobrazovanie Fure i otsenka fazy.- Praktika QPU: reshenie konkretnykh zadach s pomoshchyu primitivov QPU, metody kvantovogo poiska i algoritm razlozheniya SHora.

Технические характеристики товара могут отличаться.
Уточняйте информацию при оформлении заказа
у оператора контакт-центра.