Máy tính lượng tử: Tương lai của máy tính phần mềm miễn phí

Gần đây, trong một bài viết trước đây và gần đây của DesdeLinux gọi là "Microsoft phát hành trình biên dịch Q # và trình mô phỏng lượng tử»Chúng ta đã nói một chút về«Tính toán lượng tử«. Nhưng Điện toán lượng tử là gì? Nó mang lại những lợi ích và tiến bộ nào? Bạn sử dụng loại Phần cứng và Phần mềm nào? và quan trọng nhất đối với chúng tôi: Có những tiến bộ hoặc đóng góp của Phần mềm Miễn phí trong lĩnh vực Máy tính lượng tử không?

Trong ấn phẩm này, chúng tôi sẽ giải quyết ngắn gọn tất cả những câu hỏi này để cũng như các công nghệ mới khác, chẳng hạn như siêu máy tính, trí tuệ nhân tạo, dữ liệu lớn, blockchain, công nghệ 5G, trong số những công nghệ khác, chúng ta có thể hiểu biết, đào sâu và chiếm lĩnh kiến ​​thức về họ.

Tính toán lượng tử đối với các tập đoàn tư nhân lớn và các cường quốc trên thế giới, một trong những công nghệ chính sẽ thay đổi "luật chơi" của thế giới như chúng ta biết. Điều đó có nghĩa là, sẽ là một trong những phát kiến ​​vĩ đại tiếp theo trong lĩnh vực máy tính trong thế kỷ này, mặc dù chi phí cao và thiếu khả năng tiếp cận của nó.

Hiện tại, các nhà nghiên cứu, các tổ chức học thuật, các tổ chức tư nhân và chính phủ làm việc và đầu tư một lượng đáng kể các nguồn lực công nghệ và tài chính sử dụng hiệu quả và hiệu quả vật lý lượng tử trên máy tính mới để thực hiện các phép tính nhanh hơn nhiều so với máy tính truyền thống.

Tính toán lượng tử

Điện toán lượng tử là gì?

Máy tính lượng tử là một máy tính tận dụng các đặc tính lượng tử mong đợi của các hạt, đặc biệt là sự chồng chéo và vướng víu, để chạy các quy trình và thực hiện tính toán với tốc độ đáng kinh ngạc so với các hệ thống truyền thống. Nó vẫn là một công nghệ đang phát triển mà sự hưng thịnh đang diễn ra mạnh mẽ.

Cùng với việc áp dụng các định luật của cơ học lượng tử để xử lý thông tin nhằm đạt được tốc độ cao hơn, chúng tôi cũng bạn có được khả năng giải quyết các vấn đề khó khăn mà máy tính truyền thống không đạt được. Và cuối cùng, máy tính sử dụng công nghệ này lưu trữ nhiều thông tin hơn so với máy tính cổ điển, tức là có tiềm năng làm việc (xử lý) số lượng lớn các phép tính, bằng cách chạy nó song song và trong vài giây.

Máy tính lượng tử hoạt động như thế nào?

Các máy tính hiện tại và cổ điển sử dụng một chuỗi các bit nhị phân. Mỗi bit được sử dụng luôn ở một trong hai trạng thái xác định đã biết, không (0) hoặc một (1). Chúng hoạt động như các công tắc bật và tắt để điều khiển các chức năng của máy tính.

Ngược lại, một máy tính lượng tử sử dụng các bit lượng tử hoặc qubit. Mà mỗi chúng có thể biểu diễn đồng thời cả số không (0) và số một (1). Điều này cho phép chúng có thể hỗ trợ các đơn vị dữ liệu đồng thời có thể tồn tại ở nhiều trạng thái. Đặc điểm này là một hạn chế tồn tại trong các máy tính hiện tại của thời đại máy tính truyền thống sử dụng hệ thống nhị phân.

Phần cứng lượng tử như thế nào?

Máy tính lượng tử không thể tái sử dụng hầu hết các CTNH hiện đang được sử dụng trong máy tính cổ điển. Vì chúng chủ yếu tập trung vào dòng chảy của các electron qua các dây siêu dẫn được làm nguội đến nhiệt độ khắc nghiệt. Do đó, việc làm mát chúng đòi hỏi sự kết hợp của các loại khí siêu lạnh, như heli-3, là một đồng vị của heli rất khó kiếm được.

Máy tính lượng tử hiện nay được chế tạo theo nguyên lý đông lạnh hoặc siêu làm mát nàyTuy nhiên, sự tiến bộ vẫn tiếp tục trong các giải pháp thay thế tiên tiến hơn và tương lai hơn như các hệ thống dựa trên trường điện từ và điều khiển bằng laser có thể giải quyết tình trạng thiếu các thành phần mà ngành này mắc phải.

Ngoài ra các nước như Hoa Kỳ, thông qua các công ty như IBM, Google và Microsoft, rất tiên tiến trong việc phát triển máy tính lượng tử của riêng mình. Và Trung Quốc, thông qua các công ty như Alibaba và Baidu, nó không xa phía sau. Nga và châu Âu vẫn đang trong kế hoạch R&D.

Ngày nay có những phần mềm lượng tử nào?

Ở cấp độ thương mại, "Bộ phát triển lượng tử" (Bộ phát triển lượng tử) của Microsoft, là phần mềm độc quyền và đóng. Cũng có thể được truy cập thông qua Mạng lượng tử của Microsoft, không gì khác hơn là một mạng lưới được hình thành bởi liên minh các đối tác MS để đạt được sự chia sẻ kiến ​​thức và hợp tác với những nhà đổi mới vĩ đại nhất trong lĩnh vực điện toán lượng tử.

Phần mềm lượng tử khác từ các công ty tư nhân, nhưng được phát hành dưới dạng Phần mềm miễn phí, là QUISKIT (Bộ Khoa học Thông tin Lượng tử). QUISKIT là một dự án Phần mềm Miễn phí được Cấp phép của Apache do IBM tạo ra. QISKIT cho phép tương tác theo chương trình với bộ xử lý lượng tử và các trình mô phỏng của IBM bằng cách sử dụng mã Python tương tác với hệ thống lượng tử thông qua một ngôn ngữ biểu diễn trung gian được gọi là OPENQASM.

Phần mềm miễn phí lượng tử này có tên QUISKIT ra đời vào năm 2017, khi IBM chuyển đổi dự án ra mắt vào năm 2016, được gọi là "Trải nghiệm lượng tử”, Thông qua đó, nó cung cấp một bộ xử lý lượng tử 5 qubit cho mọi người thông qua đám mây của riêng mình.

Hiện tại QUISKIT hiện bao gồm:

• API: Một trình bao bọc Python trên API HTTP của Trải nghiệm lượng tử cho phép kết nối và thực thi mã OPENQASM.
• SDK: Một bộ công cụ phát triển để tạo mạch và cho phép sử dụng API QISKIT để truy cập phần cứng của Trải nghiệm lượng tử và trình mô phỏng.
• Lenguaje: Một tập hợp các thông số kỹ thuật, ví dụ, tài liệu và công cụ để trình bày trung gian của OPENQASM.

Có thể còn nhiều thứ khác ít được biết đến hơn, nhưng hiện tại QUISKIT đặt tiêu chuẩn ở cấp Phần mềm Miễn phí lượng tử. Và nó có một API bằng Python nó sẽ cho phép các lập trình viên trên khắp thế giới, đặc biệt là những người trong lĩnh vực Phần mềm Tự do, bắt đầu thử nghiệm và làm việc với bộ xử lý lượng tử có sẵn trong đám mây của họ.

Kết luận

Điện toán lượng tử ngày nay là một cơ hội nghiên cứu và phát triển (R&D) tuyệt vời cả cho con người (nhà toán học, vật lý, nhà khoa học máy tính và chuyên gia) và cho các tổ chức công và tư, trong lĩnh vực khoa học máy tính. Mặc dù mới chỉ ở giai đoạn sơ khai, nhưng nhánh kiến ​​thức và công nghệ mới này sẽ thấy tiềm năng của nó được mở ra trong những năm tới. mặc dù để có thể nhìn thấy nó trên máy tính để bàn của chúng tôi sẽ mất nhiều năm nữa sau khi phát triển thương mại.

Nhưng chắc chắn trong lĩnh vực Phát triển phần mềm lượng tử cả riêng tư và miễn phí chắc chắn sẽ tiến nhanh hơn nhiều và chắc chắn Phần mềm Miễn phí sẽ phát huy lợi thế trong lĩnh vực mới này.