IBM кванттық тәжірибесі - IBM Quantum Experience

The IBM кванттық тәжірибесі (бұрын IBM Q тәжірибесі) бұл жалпыға ортақ пайдаланушыларға IBM кванттық процессорларының прототипінің жиынтығына Cloud арқылы қол жеткізуге мүмкіндік беретін онлайн-платформа интернет-форум кванттық есептеудің өзекті тақырыптарын, IBM Q құрылғыларын қалай бағдарламалауға арналған оқулықтар жиынтығын және кванттық есептеу туралы басқа оқу материалдарын талқылау үшін. Бұл мысал бұлтқа негізделген кванттық есептеу. 2018 жылдың мамыр айынан бастап IBM Quantum Experience-те үш процессор бар: екі 5-кубиттік процессор және 16-кубиттік процессор. Бұл қызметті іске қосу үшін пайдалануға болады алгоритмдер және тәжірибелер және зерттеңіз оқулықтар және модельдеу мүмкін болатын нәрсе айналасында кванттық есептеу. Сайт сонымен қатар IBM Quantum Experience тәжірибе алаңы ретінде қолданылып жарияланған ғылыми жұмыстардың оңай табылатын тізімін ұсынады.

IBM кванттық процессорлары тұрады асқын өткізгіштік трансмон кубиттер, орналасқан сұйылтқыш тоңазытқыш кезінде IBM Research штаб-пәтері Уотсон атындағы зерттеу орталығы.

Пайдаланушылар кванттық процессормен кванттық тізбек есептеу моделі, қолдану кванттық қақпалар a көмегімен кубиттерде GUI кванттық жинақтау тілінің кодын жаза отырып, кванттық композитор деп аталады[1] немесе арқылы Qiskit.[2]

Тарих

2016 жылдың мамырында, IBM IBM Quantum Experience іске қосты,[3] бес кубиттік кванттық процессормен және жұлдыздар пішініне сәйкес келетін симулятормен, олар тек кванттық композитор арқылы өзара әрекеттесе алатын, шектеулі екі кубиттік өзара әрекеттесу жиынтығымен және пайдаланушы нұсқаулығымен фонды қабылдаған сызықтық алгебра.

2016 жылдың шілдесінде IBM IBM Quantum Experience қауымдастық форумын бастады.

2017 жылдың қаңтарында IBM IBM кванттық тәжірибесіне бірқатар толықтырулар енгізді,[4] оның ішінде бес кубиттік кванттық процессорда қол жетімді екі кубиттік өзара әрекеттесу жиынын ұлғайту, тренажерді жиырма кубитке дейін реттелетін топологияға дейін кеңейту және пайдаланушыларға құрылғы және тренажермен кванттық жинау тілінің кодын қолдана отырып мүмкіндік беру.

2017 жылдың наурызында IBM шығарды Qiskit[5] пайдаланушыларға кодты оңай жазуға және кванттық процессор мен тренажерда тәжірибелер жүргізуге мүмкіндік беру, сонымен қатар жаңадан бастаушыларға арналған нұсқаулық енгізілді.

2017 жылдың мамырында IBM IBM Quantum Experience қол жетімді 16 кубитті қосымша процессор жасады.[6]

2018 жылдың қаңтарында IBM кванттық марапаттау бағдарламасын іске қосты, ол IBM Quantum Experience-де тұрады.[7]

Кванттық композитор

A нәтижесін көрсететін скриншот GHZ мемлекеті IBM Quantum Composer көмегімен эксперимент

Кванттық композитор - бұл графикалық интерфейс (GUI) пайдаланушыларға әр түрлі салуға мүмкіндік беру үшін IBM құрастырған кванттық алгоритмдер немесе басқа кванттық эксперименттер жүргізіңіз. Пайдаланушылар өздерінің кванттық алгоритмдерінің нәтижелерін нақты кванттық процессорда іске қосу арқылы және «бірліктерді» қолдану арқылы немесе тренажер арқылы көре алады. Кванттық композиторда жасалған алгоритмдер музыкалық параққа ұқсас кванттық композиторға сілтеме жасай отырып, «кванттық балл» деп аталады.[8]

IBM Quantum Experience қазіргі уақытта пайдаланушыларға кванттық композиторды қалай пайдалануға үйрететін кітапхананы қамтиды. Кітапхана екі нұсқаулықтан тұрады: бастаушыға арналған нұсқаулық, толық пайдаланушыға арналған нұсқаулық. Qiskit.org сайтынан алынған Qiskit үшін github репода IBM Quantum Experience машиналарын пайдалану туралы қосымша оқулықтар бар.

Композитор сценарийлер режимінде де қолданыла алады, мұнда пайдаланушы оның орнына QASM тілінде бағдарламалар жаза алады.

Мысал сценарийі

Төменде IBMs 5-кубиттік компьютерлерге арналған өте кішкентай бағдарламаның QASM тілінде келтірілген мысалы келтірілген. Бағдарлама компьютерге күйді қалыптастыруға нұсқау береді , 3 кубит GHZ мемлекеті нұсқасы ретінде қарастыруға болады Қоңырау күйі, бірақ екінің орнына үш кубитпен. Содан кейін ол мүмкін болатын екі нәтиженің біріне дейін күйреуге мәжбүр ететін күйді өлшейді, немесе .

қосу «qelib1.inc»qreg q[5];                // 5 кубит бөлу (автоматты түрде | 00000> етіп орнату)крег c[5];                // 5 классикалық бит бөлусағ q[0];                   // Хадамард-түрлендіру кубиті 0cx q[0], q[1];            // 0 және 1 кубиттерінің шартты түрде X-түрлендіруі (яғни «CNOT»)                          // Осы кезде бізде 2 кубиттік қоңырау күйі (| 00> + | 11>) / sqrt (2)cx q[1], q[2];            // бұл шатасуды 3-ші кубитке дейін кеңейтедіөлшеу q[0] -> c[0];     // бұл өлшем 3 кубиттік күйді түгелдей жоядыөлшеу q[1] -> c[1];     // сондықтан 1 және 2 кубиттері 0 кубитімен бірдей мәнді оқидыөлшеу q[2] -> c[2];

QASM тіліндегі барлық нұсқаулар а. Қосымшасы болып табылады кванттық қақпа, чип регистрлерінің инициализациясы нөлге немесе өлшеу осы тізілімдер.

Жаңадан бастаушыларға арналған нұсқаулық

Жаңадан бастаушыларға арналған нұсқаулық қолданушыларды кванттық ұпайларды құруға қажетті кванттық механиканың терминологиясымен және тұжырымдамалық білімімен таныстырады. Жаңадан бастаушылар оқырмандарды кванттық есептеудің қарапайым түсініктерімен таныстырады: мінез-құлық кубиттер, кванттық шатасу, және кванттық қақпалар.

Толық пайдаланушы нұсқаулығы

Толық пайдаланушы нұсқаулығы бастаушылардың нұсқаулығымен салыстырғанда тереңірек және талдамалы болып табылады және тәжірибесі барларға ұсынылады сызықтық алгебра немесе кванттық есептеу. Жаңадан бастаушыларға арналған нұсқаулықтан айырмашылығы, пайдаланушының толық нұсқаулығында кванттық алгоритмдерді классикалық аналогтарымен салыстыратын түсіндірмелері бар кванттық алгоритм мысалдары келтірілген.[9]

Бастапқы және толық пайдаланушы нұсқаулықтарын Qiskit GitHub репозиторийі арқылы кез-келген адам жаңарта алады.[10]

Пайдалану

IBM IBM Quantum Experience қолданушысының жалпы саны 3 миллионнан астам эксперимент жасаған 80 000-нан астам пайдаланушысы бар деп хабарлайды.[11]

Осы қолданушылардың көпшілігі платформаны қолдана отырып, кем дегенде 72 академиялық жұмыс жариялаған белсенді зерттеушілер.[12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28]

Университет профессорлары IBM Quantum Experience негізіндегі мысалдар мен эксперименттерді өздерінің оқу бағдарламаларына енгізуде.[29]

Доктор Кристин Корбетт Моран, докторанттан кейінгі ғылыми қызметкер Калифорния технологиялық институты, зерттеу жүргізіп жатқан кезде IBM Quantum Experience қолданды Антарктида.[30]

Тара Тосич, физика факультетінің студенті École Polytechnique Fédérale de Lozanne (EPFL), ол IBM Quantum Experience-ті зерттеу кезінде қолданды Арктика.[31]

Адамдар IBM Quantum Experience-ті әртүрлі академиялық емес мақсаттарда қолданды. Бір қолданушы IBM Quantum Experience ойындарын дамыта бастады,[32] соның ішінде «кванттық әскери кемелер».[33]

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ «Qiskit OPENQASM сипаттамасы». 2018-10-27.
  2. ^ «Qiskit Python API».
  3. ^ «IBM инновацияны жеделдету үшін IBM Cloud-та кванттық есептеуді қол жетімді етеді». 2016-05-04.
  4. ^ «IBM кванттық тәжірибесін жаңарту».
  5. ^ «Кванттық есептеу API және SDK алады». 2017-03-06.
  6. ^ «Біздің жаңартуға IBM QX бета-нұсқасы».
  7. ^ «Қазір ашық: профессорларға, студенттерге және әзірлеушілерге арналған жаңа ғылыми сыйлықтармен квантты дайындаңыз». 2018-01-14.
  8. ^ «IBM Quantum тәжірибесі». Кванттық тәжірибе. IBM. Алынған 3 шілде 2017.
  9. ^ «IBM Quantum Experience-ке қош келдіңіз». Кванттық тәжірибе. IBM. Алынған 4 шілде 2017.
  10. ^ «IBM Quantum Experience User Guide». 2018-10-16.
  11. ^ «IBM кванттық есептеулерді жеделдету үшін ең жақсы стартаптармен ынтымақтастықта». 2018-04-05.
  12. ^ «QX қауымдастық құжаттары».
  13. ^ Рундл, Р. П .; Тилма, Т .; Самсон, Дж. Х .; Everitt, J. J. (2017). «Кванттық күйді қалпына келтіру оңай болды: томографияның тікелей әдісі». Физикалық шолу A. 96 (2): 022117. arXiv:1605.08922. Бибкод:2017PhRvA..96b2117R. дои:10.1103 / PhysRevA.96.022117.
  14. ^ Корбетт Моран, Кристин (29 маусым 2016). «Quintuple: бұлтты кванттық есептеулерді жеңілдетуге арналған Python 5-кубиттік кванттық компьютерлік тренажер». arXiv:1606.09225 [квант-ph ].
  15. ^ Хафман, Эмили; Мизель, Ари (29 наурыз 2017). «Инвазивті емес макрореализмді суперөткізгіш кубиттің бұзуы: ептіліктің ақауларын шешетін Леггетт-Гарг тестін енгізу». Физикалық шолу A. 95 (3): 032131. arXiv:1609.05957. Бибкод:2017PhRvA..95c2131H. дои:10.1103 / PhysRevA.95.032131.
  16. ^ Дефнер, Себастиан (23 қыркүйек 2016). «IBM-дің кванттық тәжірибесіне байланысты инвариантты тұйықталуды көрсету». Хелион. 3 (11): e00444. arXiv:1609.07459. дои:10.1016 / j.heliyon.2017.e00444. PMC  5683883. PMID  29159322.
  17. ^ Хуанг, Хэ-Лян; Чжао, сен-вэй; Ли, Тан; Ли, Фэн-Гуанг; Ду, Ю-Тао; Фу, Сян-Цунь; Чжан, Шуо; Ван, Сян; Бао, Ван-Су (9 желтоқсан 2016). «IBM-дің бұлтты кванттық есептеу платформасындағы гомоморфты шифрлау тәжірибелері». arXiv:1612.02886 [cs.CR ].
  18. ^ Вуттон, Джеймс Р (1 наурыз 2017). «Бес кубиттік экспериментте абельдік емес беттік код ақауларын өруді көрсету». Кванттық ғылым және технологиялар. 2 (1): 015006. arXiv:1609.07774. Бибкод:2017QS & T .... 2a5006W. дои:10.1088 / 2058-9565 / aa5c73.
  19. ^ Федорченко, Сергуэй (8 шілде 2016). «Бакалавриат студенттеріне арналған кванттық телепортация эксперименті». arXiv:1607.02398 [квант-ph ].
  20. ^ Берта, Марио; Вехнер, Стефани; Уайлд, Марк М (6 шілде 2016). «Энтропикалық белгісіздік және өлшеудің қайтымдылығы». Жаңа физика журналы. 18 (7): 073004. arXiv:1511.00267. Бибкод:2016NJPh ... 18g3004B. дои:10.1088/1367-2630/18/7/073004.
  21. ^ Ли, Руй; Альварес-Родригес, Унай; Ламата, Лукас; Солано, Энрике (23 қараша 2016). «Генетикалық алгоритмдері бар шамамен кванттық қосқыштар: IBM кванттық тәжірибесі». Кванттық өлшемдер және кванттық метрология. 4 (1): 1–7. arXiv:1611.07851. Бибкод:2017QMQM .... 4 .... 1Л. дои:10.1515 / qmetro-2017-0001.
  22. ^ Хебенстрейт, М .; Алсина, Д .; Латорре, Дж. И. Краус, Б. (11 қаңтар 2017). «IBM Quantum Experience қолдану арқылы қысылған кванттық есептеу». Физ. Аян. 95 (5): 052339. arXiv:1701.02970. дои:10.1103 / PhysRevA.95.052339.
  23. ^ Элсина, Даниэль; Латорре, Хосе Игнасио (11 шілде 2016). «Бес кубиттік кванттық компьютерде Мермин теңсіздіктерін эксперименттік тексеру». Физикалық шолу A. 94 (1): 012314. arXiv:1605.04220. Бибкод:2016PhRvA..94a2314A. дои:10.1103 / PhysRevA.94.012314.
  24. ^ Линке, Норберт М .; Маслов, Дмитрий; Реттелер, Мартин; Дебнат, Шантану; Фиггатт, Каролайн; Ландсмен, Кевин А .; Райт, Кеннет; Монро, Кристофер (28 наурыз 2017). «Екі кванттық есептеу архитектурасын эксперименттік салыстыру». Ұлттық ғылым академиясының материалдары. 114 (13): 3305–3310. дои:10.1073 / pnas.1618020114. PMC  5380037. PMID  28325879.
  25. ^ Девитт, Саймон Дж. (29 қыркүйек 2016). «Бұлтта кванттық есептеу тәжірибелерін орындау». Физикалық шолу A. 94 (3): 032329. arXiv:1605.05709. Бибкод:2016PhRvA..94c2329D. дои:10.1103 / PhysRevA.94.032329.
  26. ^ Стайгер, Дамиан; Ханер, Томас; Тройер, Матиас (2018). «ProjectQ: кванттық есептеу үшін бағдарламалық жасақтаманың ашық көзі». Квант. 2: 49. arXiv:1612.08091. дои:10.22331 / q-2018-01-31-49.
  27. ^ Santos, Alan C. (2017). «O Computador Quântico da IBM e o IBM Quantum Experience». Revista Brasileira de Ensino de Física. 39 (1). arXiv:1610.06980. дои:10.1590 / 1806-9126-RBEF-2016-0155.
  28. ^ Кайседо-Ортис, Х. Е .; Santiago-Cortés, E. (2017). «IBM-дің бұлтты кванттық компьютері туралы construyendo compuertas cuánticas» [IBM’нің бұлтты кванттық компьютерімен кванттық қақпаларды құру] (PDF). Journal de Ciencia e Ingeniería (Испанша). 9: 42–56.
  29. ^ Шелдон, Сара (10 маусым 2016). «Студенттер кванттық кодты бұзуға тырысады».
  30. ^ Жоқ, Крис (26 шілде 2016). «Кванттық тәжірибе: Caltech Кристин Корбетт Моранмен сұрақ-жауап».
  31. ^ Тосич, Тара (16 қараша 2018). «IBM Q Арктикада: 76,4 ° Солтүстік». IBM зерттеу блогы.
  32. ^ Вуттон, Джеймс (12 наурыз 2017). «Неге бізге кванттық ойындар жасау керек».
  33. ^ Вуттон, Джеймс (2017 ж. 7 наурыз). «Кванттық шайқастар: кванттық компьютерге арналған алғашқы көп ойыншы ойыны».

Сыртқы сілтемелер