Quantum Computing: อนาคตของคอมพิวเตอร์ซอฟต์แวร์เสรี

เมื่อเร็ว ๆ นี้ในบทความก่อนหน้าและล่าสุดโดย DesdeLinux เรียกว่า«Microsoft เปิดตัวคอมไพเลอร์ Q # และเครื่องจำลองควอนตัม»เราได้พูดคุยเกี่ยวกับ«คอมพิวเตอร์ควอนตัม«. แต่ Quantum Computing คืออะไรมีประโยชน์และความก้าวหน้าอะไรบ้าง? คุณใช้ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ประเภทใด และที่สำคัญที่สุดสำหรับเรา: มีความก้าวหน้าหรือการมีส่วนร่วมของซอฟต์แวร์เสรีในด้าน Quantum Computing หรือไม่?

ในเอกสารฉบับนี้เราจะตอบคำถามเหล่านี้โดยย่อเพื่อให้ เช่นเดียวกับเทคโนโลยีใหม่อื่น ๆ เช่นซูเปอร์คอมพิวเตอร์ปัญญาประดิษฐ์บิ๊กดาต้าบล็อกเชนเทคโนโลยี 5G เป็นต้น เราสามารถไปรู้ลึกและจัดสรรความรู้ได้ เกี่ยวกับพวกเขา.

คอมพิวเตอร์ควอนตัม สำหรับ บริษัท เอกชนขนาดใหญ่และมหาอำนาจของโลกหนึ่งในเทคโนโลยีหลักที่จะเปลี่ยน "กฎของเกม" ของโลกอย่างที่เรารู้จัก กล่าวคือ, จะเป็นหนึ่งในนวัตกรรมที่ยอดเยี่ยมต่อไปในสาขาคอมพิวเตอร์ในศตวรรษนี้แม้จะมีค่าใช้จ่ายที่ต้องห้ามและการขาดการเข้าถึง

ในตอนนี้นักวิจัยสถาบันการศึกษาองค์กรเอกชนและรัฐบาลทำงานและลงทุนทรัพยากรทางเทคโนโลยีและการเงินจำนวนมาก เพื่อใช้ฟิสิกส์ควอนตัมบนคอมพิวเตอร์เครื่องใหม่อย่างมีประสิทธิภาพและประสิทธิผลเพื่อทำการคำนวณได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์คอมพิวเตอร์ทั่วไป

คอมพิวเตอร์ควอนตัม

คอมพิวเตอร์ควอนตัมคืออะไร?

Quantum Computing เป็นสิ่งที่ใช้ประโยชน์จากลักษณะทางควอนตัมที่คาดไว้ของอนุภาคโดยเฉพาะอย่างยิ่งการทับซ้อนและการพันกันเพื่อเรียกใช้กระบวนการและทำการคำนวณด้วยความเร็วที่เหลือเชื่อเหนือระบบดั้งเดิม ยังคงเป็นเทคโนโลยีที่กำลังพัฒนาซึ่งเฟื่องฟูอย่างเต็มที่

นอกเหนือจากการใช้กฎของกลศาสตร์ควอนตัมในการประมวลผลข้อมูลเพื่อให้ได้ความเร็วที่สูงขึ้นแล้วเรายัง คุณจะได้รับความสามารถในการแก้ปัญหายาก ๆ ที่คอมพิวเตอร์แบบเดิมเข้าไม่ถึง และสุดท้ายคอมพิวเตอร์ที่ใช้เทคโนโลยีนี้จะเก็บข้อมูลได้มากกว่าคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกนั่นคือ มีศักยภาพในการทำงาน (ประมวลผล) การคำนวณจำนวนมากโดยเรียกใช้แบบขนานและในไม่กี่วินาที

คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานอย่างไร?

คอมพิวเตอร์ปัจจุบันและคอมพิวเตอร์คลาสสิกใช้ลำดับของไบนารีบิต แต่ละบิตที่ใช้จะอยู่ในหนึ่งในสองสถานะที่ทราบแน่ชัดคือศูนย์ (0) หรือหนึ่ง (1) สิ่งเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิดและปิดเพื่อควบคุมการทำงานของคอมพิวเตอร์

ในทางกลับกัน, คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้ควอนตัมบิตหรือควิต ซึ่งแต่ละอันสามารถแทนทั้งศูนย์ (0) และหนึ่ง (1) ได้พร้อมกัน สิ่งนี้ช่วยให้สิ่งเหล่านี้สามารถรองรับหน่วยข้อมูลที่สามารถมีอยู่ในสถานะได้มากกว่าหนึ่งสถานะในเวลาเดียวกัน ลักษณะนี้เป็นข้อ จำกัด ที่มีอยู่ในคอมพิวเตอร์ปัจจุบันในยุคของการคำนวณแบบดั้งเดิมที่ใช้ระบบไบนารี

ฮาร์ดแวร์ควอนตัมเป็นอย่างไร?

คอมพิวเตอร์ควอนตัมไม่สามารถนำ HW เกือบทั้งหมดที่ใช้ในคอมพิวเตอร์คลาสสิกมาใช้ซ้ำได้ เนื่องจากสิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การไหลของอิเล็กตรอนผ่านสายตัวนำยิ่งยวดที่ถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่สูงมาก ดังนั้นการระบายความร้อนของพวกเขาจึงต้องใช้ก๊าซซุปเปอร์โคลด์ผสมกันเช่นเดียวกับฮีเลียม -3 ซึ่งเป็นไอโซโทปของฮีเลียมที่หาได้ยากอย่างมาก

คอมพิวเตอร์ควอนตัมถูกสร้างขึ้นสำหรับปัจจุบันภายใต้หลักการของการแช่แข็งหรือการระบายความร้อนขั้นสูงแต่ความคืบหน้ายังคงดำเนินต่อไปในทางเลือกขั้นสูงและอนาคตเช่นระบบที่ใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและการควบคุมด้วยเลเซอร์ที่สามารถแก้ปัญหาการขาดส่วนประกอบที่วินัยได้รับผลกระทบ

นอกจากนี้ยังมีประเทศต่างๆเช่น สหรัฐอเมริกาผ่าน บริษัท ต่างๆเช่น IBM, Google และ Microsoftเป็นขั้นสูงในการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมของตัวเอง และจีนผ่าน บริษัท ต่างๆเช่นอาลีบาบาและไป่ตู้อยู่ไม่ไกล รัสเซียและยุโรปยังอยู่ในแผนการวิจัยและพัฒนา

ปัจจุบันมีซอฟต์แวร์ควอนตัมอะไรบ้าง?

ในระดับการค้า "Quantum Dev Kit" (ชุดพัฒนาควอนตัม) จาก Microsoft ซึ่งเป็นซอฟต์แวร์ที่เป็นกรรมสิทธิ์และปิด ซึ่งสามารถเข้าถึงได้ผ่านไฟล์ ไมโครซอฟต์ควอนตัมเน็ตเวิร์ก, ซึ่งไม่มีอะไรมากไปกว่าเครือข่ายที่เกิดจากการรวมตัวกันของพันธมิตร MS เพื่อให้เกิดการแบ่งปันความรู้และการทำงานร่วมกันกับผู้คิดค้นนวัตกรรมที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในคอมพิวเตอร์ควอนตัม

ซอฟต์แวร์ควอนตัมอื่น ๆ จาก บริษัท เอกชน แต่เปิดตัวในรูปแบบซอฟต์แวร์เสรีคือ QUISKIT (ชุดวิทยาศาสตร์ข้อมูลควอนตัม). QUISKIT เป็นโปรเจ็กต์ Apache Licensed Free Software ที่สร้างโดย IBM QISKIT อนุญาตให้มีการโต้ตอบทางโปรแกรมกับตัวประมวลผลควอนตัมและเครื่องจำลองของ IBM โดยใช้โค้ด Python ที่โต้ตอบกับระบบควอนตัมผ่านภาษาตัวแทนระดับกลางที่เรียกว่า OPENQASM

ซอฟต์แวร์ฟรีควอนตัมนี้เรียกว่า QUISKIT เกิดในปี 2017เมื่อ IBM แปลงโครงการที่เปิดตัวในปี 2016 เรียกว่า "ประสบการณ์ควอนตัม” ซึ่งทำให้ทุกคนสามารถใช้ตัวประมวลผลควอนตัม 5 qubit ได้ผ่านระบบคลาวด์ของตัวเอง

ปัจจุบัน QUISKIT ประกอบด้วย:

• ไฟ: Python wrapper บน Quantum Experience HTTP API ที่ให้คุณเชื่อมต่อและรันโค้ด เปิดกว้าง.
• SDK: ชุดพัฒนาสำหรับการสร้างวงจรและอนุญาตให้ใช้ QISKIT API เพื่อเข้าถึงฮาร์ดแวร์ของ Quantum Experience และเครื่องจำลอง
• ภาษา: ชุดข้อมูลจำเพาะตัวอย่างเอกสารและเครื่องมือสำหรับการแสดงระดับกลางของ OPENQASM

คงมีหลายคนรู้จักกันน้อยลง แต่ในปัจจุบัน QUISKIT กำหนดมาตรฐานในระดับซอฟต์แวร์ฟรีควอนตัม และก็มี API ใน Python จะช่วยให้โปรแกรมเมอร์ทั่วโลกโดยเฉพาะผู้ที่อยู่ในสาขาซอฟต์แวร์เสรีสามารถเริ่มทดลองและทำงานกับโปรเซสเซอร์ควอนตัมที่มีอยู่ในระบบคลาวด์ได้

ข้อสรุป

การประมวลผลแบบควอนตัมในปัจจุบันเป็นโอกาสในการวิจัยและพัฒนา (R&D) ที่ยอดเยี่ยม ทั้งสำหรับผู้คน (นักคณิตศาสตร์นักฟิสิกส์นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์และผู้เชี่ยวชาญ) ตลอดจนองค์กรภาครัฐและเอกชนในสาขาวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ แม้ว่าปัจจุบันจะอยู่ในช่วงวัยเด็ก แต่สาขาความรู้และเทคโนโลยีใหม่นี้จะได้เห็นศักยภาพของมันในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า แม้ว่าการดูบนคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปของเราจะใช้เวลาอีกหลายปีหลังจากการพัฒนาเชิงพาณิชย์

แต่แน่นอน ในด้านการพัฒนาซอฟต์แวร์ Quantum ทั้งแบบส่วนตัวและแบบฟรีจะก้าวหน้าเร็วกว่ามากและ ซอฟต์แวร์เสรีจะใช้ประโยชน์ในพื้นที่ใหม่นี้อย่างแน่นอน