Calculul cuantic: Viitorul calculului cu software liber

Recent, într-un articol anterior și recent de DesdeLinux numit «Microsoft lansează compilatorul Q # și simulatoarele cuantice»Am vorbit puțin despre«Calcul cuantic«. Dar Ce este Quantum Computing? Ce beneficii și avansuri aduce? Ce fel de hardware și software folosiți? și cel mai important pentru noi: Există progrese sau contribuții ale software-ului liber în domeniul calculelor cuantice?

În această publicație vom aborda pe scurt toate aceste întrebări, astfel încât ca și în cazul altor tehnologii noi, precum supercomputere, inteligență artificială, big data, blockchain, tehnologie 5G, printre altele, putem merge cunoașterea, aprofundarea și însușirea cunoștințelor despre ele.

Calcul cuantic este pentru marile corporații private și puteri mondiale una dintre principalele tehnologii care vor schimba „regulile jocului” din lume așa cum o cunoaștem noi. Adică, va fi una dintre următoarele mari inovații în domeniul calculelor din acest secol, în ciuda costului prohibitiv și a lipsei de accesibilitate a acestuia.

Deocamdată, cercetătorii, instituțiile academice, organizațiile private și guvernele lucrează și investesc cantități semnificative de resurse tehnologice și financiare să utilizeze în mod eficient și eficient fizica cuantică pe computerele noi pentru a efectua calcule mult mai repede decât cu computerele de calcul tradiționale.

Calcul cuantic

Ce este calculul cuantic?

Calculul cuantic este unul care profită de caracteristicile cuantice așteptate ale particulelor, în special suprapunerea și încurcarea, pentru a rula procese și a efectua calcule la viteze incredibile față de sistemele tradiționale. Este încă o tehnologie în curs de dezvoltare a cărei înflorire este în plină desfășurare.

Împreună cu aplicarea legilor mecanicii cuantice la procesarea informațiilor pentru a atinge viteze mai mari, și noi ai capacitatea de a rezolva probleme dificile la care computerul tradițional nu ajunge. Și, în cele din urmă, computerele care utilizează această tehnologie stochează mult mai multe informații decât cele clasice, adică au potențialul de a lucra (prelucra) cantități mari de calcule, rulându-l în paralel și în secunde.

Cum funcționează computerele cuantice?

Calculatoarele actuale și clasice folosesc o secvență de biți binari. Fiecare bit utilizat este întotdeauna într-una din cele două stări definitive cunoscute, zero (0) sau una (1). Acestea acționează ca comutatoare de pornire și oprire pentru a controla funcțiile computerului.

În schimb, un computer cuantic utilizează biți cuantici sau qubits. Care, fiecare dintre ele poate reprezenta atât un zero (0), cât și unul (1) simultan. Acest lucru permite ca acestea să poată suporta unități de date care, în același timp, pot exista în mai multe stări. Această caracteristică este o limită existentă în computerele actuale din era calculelor tradiționale care utilizează sisteme binare.

Cum este hardware-ul cuantic?

Calculatoarele cuantice nu pot refolosi aproape niciunul dintre HW-urile utilizate în prezent în computerele clasice. Deoarece acestea se concentrează în principal pe fluxul de electroni prin fire supraconductoare care sunt răcite la temperaturi extreme. Prin urmare, răcirea lor necesită o combinație de gaze supercold, ca heliul-3, care este un izotop de heliu care este extrem de dificil de obținut.

Calculatoarele cuantice sunt construite deocamdată sub acest principiu al criogeniei sau al super-răciriiCu toate acestea, progresul continuă în alternative mai avansate și futuriste, cum ar fi sistemele bazate pe câmpuri electromagnetice și controlul laserului, care ar putea rezolva lipsa componentelor pe care le suferă disciplina.

De asemenea, țări precum SUA, prin companii precum IBM, Google și Microsoft, este bine avansat în dezvoltarea propriilor calculatoare cuantice. Și China, prin companii precum Alibaba și Baidu, nu este cu mult în urmă. Rusia și Europa sunt încă în planuri de cercetare și dezvoltare.

Ce software cuantic există astăzi?

La nivel comercial, "Quantum Dev Kit" (Quantum Development Kit) de la Microsoft, care este software proprietar și închis. Care poate fi accesat și prin intermediul Rețeaua Microsoft Quantum, care nu este altceva decât o rețea formată dintr-o coaliție de parteneri MS pentru a realiza schimbul de cunoștințe și colaborarea cu cei mai mari inovatori în calculul cuantic.

Alte programe cuantice de la companii private, dar lansate ca software gratuit, sunt QUISKIT (trusa de știință a informațiilor cuantice). QUISKIT este un proiect software liber licențiat Apache creat de IBM. QISKIT permite o interacțiune programatică cu procesorul cuantic și simulatoarele IBM folosind codul Python care interacționează cu sistemul cuantic printr-un limbaj de reprezentare intermediar numit OPENQASM.

Acest software gratuit cuantic numit QUISKIT s-a născut în 2017, când IBM și-a convertit proiectul lansat în 2016, a sunat „Experiență cuantică”, Prin care a pus la dispoziția tuturor un procesor cuantic cu 5 qubit, prin propriul cloud.

Deocamdată QUISKIT este compus în prezent dintr-un:

• API-uri: Un wrapper Python pe API-ul HTTP al Quantum Experience care permite conectarea și executarea codului OPENQASM.
• SDK: Un kit de dezvoltare pentru generarea de circuite și care permite utilizarea API-ului QISKIT pentru a accesa hardware-ul Quantum Experience și simulatoarele.
• limbă: Un set de specificații, exemple, documentație și instrumente pentru reprezentarea intermediară a OPENQASM.

Probabil sunt multe altele mai puțin cunoscute, dar în prezent QUISKIT stabilește standardul la nivelul cuantic al software-ului liber. Și că are o API în Python Va permite programatorilor din întreaga lume, în special cei din domeniul software-ului liber, să înceapă să experimenteze și să lucreze cu procesorul cuantic disponibil în cloud-ul lor.

Concluzie

Calculul cuantic de astăzi este o oportunitate excelentă de cercetare și dezvoltare (R&D) atât pentru oameni (matematicieni, fizicieni, informaticieni și experți), cât și pentru organizații publice și private, în domeniul informaticii. Deși acest lucru este la început, această nouă ramură a cunoașterii și a tehnologiei își va vedea potențialul în anii următori. deși pentru a o vedea pe computerele noastre de birou va mai dura mulți ani după dezvoltarea sa comercială.

Dar cu siguranță în domeniul dezvoltării software cuantice atât privat, cât și liber va avansa cu siguranță mult mai repede și cu siguranță Software-ul gratuit va profita în acest domeniu foarte nou.