Квантын тооцоог хэрхэн эзэмших вэ: хэрэгтэй хэрэгсэл ба нөөцийн санал

Квантын тооцоог шинэ төрлийн тооцооллын загвар гэж үзэж, ирээдүйд санхүүгийн аюулгүй байдал, өгөгдлийн шифрлэлт, материал судлал зэрэг олон салбарт гүнзгий өөрчлөлт хийх гэж байгаа юм. Квантын тооцооны технологи хурдан хөгжиж байгаа тул холбогдох хэрэгсэл, нөөцийг хэрхэн ашиглахыг ойлгох нь технологийн мэргэжилтнүүдийн зайлшгүй эзэмших чадвар болж байна. Энэ нийтлэлд бид зарим хэрэгтэй хэрэгсэл, нөөцийг нэгтгэн, та квантын тооцооны ертөнцөд орох боломжийг олгоно.

1. Квантын тооцооны үндсэн мэдлэг

Тодорхой хэрэгслүүд рүү гүнзгийрэхээс өмнө квантын тооцооны үндсийг ойлгох нь шаардлагатай бөгөөд дараах зарим үндсэн ойлголтуудыг танилцуулж байна:

• Квантын бит (Qubit): Классик тооцооллын битээс ялгаатай нь, квантын бит нь 0 болон 1-ийн байдалд зэрэгцэн оршиж чаддаг бөгөөд энэ суперпозици нь квантын тооцоонд илүү хүчтэй параллель боловсруулалтын чадварыг өгдөг.
• Квантын суперпозици ба сүлжээ: Квантын суперпозициар квантын компьютер олон төрлийн байдлыг зэрэгцүүлэн боловсруулах боломжтой бол, квантын сүлжээ нь квантын битүүдийн хооронд хүчтэй холбоос үүсгэж, тодорхой тооцооллыг хурдан гүйцэтгэх боломжийг олгодог.
• Квантын хаалга: Квантын тооцооны үндсэн үйлдлүүдийг квантын хаалгаар (жишээлбэл, Hadamard хаалга, CNOT хаалга гэх мэт) гүйцэтгэдэг бөгөөд эдгээр үйлдлүүдээр дамжуулан нарийн төвөгтэй квантын алгоритмуудыг хэрэгжүүлэх боломжтой.

2. Хэрэгтэй хэрэгсэл санал

2.1 Qiskit

Товч танилцуулга

Qiskit нь IBM-ийн хөгжүүлсэн квантын тооцооны хүрээ бөгөөд хэрэглэгчид Python хэлээр квантын алгоритмуудыг бүтээж, ажиллуулах боломжийг олгодог.

Суулгалт

pip install qiskit

Чухал онцлог

• Квантын схем үүсгэх: Qiskit-ийг ашиглан та энгийн Python кодоор квантын схем үүсгэж чадна.
• Симулятор ба жинхэнэ квантын компьютер: Квантын алгоритмуудыг симулятор дээр туршиж, IBM-ийн квантын компьютер дээр ажиллуулах боломжтой.

Жишээ код

from qiskit import QuantumCircuit, Aer, execute

# Квантын схем үүсгэх
qc = QuantumCircuit(2)
qc.h(0)
qc.cx(0, 1)

# Симулятор сонгох
simulator = Aer.get_backend('statevector_simulator')

# Схемийг ажиллуулах
result = execute(qc, simulator).result()
print(result.get_statevector())

2.2 Cirq

Товч танилцуулга

Cirq нь Google-ийн хөгжүүлсэн квантын тооцооны хүрээ бөгөөд квантын схемийг бүтээх, симуляц хийхэд зориулагдсан.

Суулгалт

pip install cirq

Чухал онцлог

• Квантын шугамын дизайн: Cirq нь квантын шугамын дизайныг ойлгоход хялбар болгох олон функцийг санал болгодог.

Жишээ код

import cirq

# Квантын бит үүсгэх
qubit = cirq.GridQubit(0, 0)

# Квантын схем үүсгэх
circuit = cirq.Circuit(
    cirq.H(qubit),   # Hadamard хаалга
    cirq.measure(qubit)
)

# Схемийг ажиллуулах
simulator = cirq.Simulator()
result = simulator.run(circuit)

print(result)

2.3 PennyLane

Товч танилцуулга

PennyLane нь квантын машин сургалтын номын сан бөгөөд бусад машин сургалтын номын сангууд (жишээлбэл, TensorFlow, PyTorch) -тай хамтран ажиллах боломжтой.

Суулгалт

pip install penny lane

Чухал онцлог

• Квант-классик хослол: Квантын машин сургалтын туршилтуудад тохиромжтой бөгөөд квантын схемийг классик машин сургалтын загвартай хослуулах боломжтой.

Жишээ код

import pennylane as qml

# Квантын төхөөрөмжийг тодорхойлох
dev = qml.device("default.qubit", wires=2)

# Квантын схемийг тодорхойлох
@qml.qnode(dev)
def circuit(x):
    qml.RY(x[0], wires=0)
    qml.RX(x[1], wires=1)
    return qml.expval(qml.PauliZ(0))

# Схемийг ажиллуулах
result = circuit([0.1, 0.2])
print(result)

3. Сургалтын нөөц санал

• Coursera ба edX курсууд: Олон их сургууль квантын тооцооны холбоотой онлайн курсуудыг санал болгодог бөгөөд янз бүрийн түвшний суралцагчдад тохиромжтой.
• IBM Quantum Experience: IBM-ийн санал болгож буй онлайн платформ бөгөөд хэрэглэгчид компанийн квантын компьютерийг шууд ашиглах боломжтой, орон нутгийн тоног төхөөрөмж шаардлагагүй.
• Квантын тооцооны ном:
  • 《Quantum Computation and Quantum Information》 - Michael Nielsen болон Isaac Chuang нарын хамтран бичсэн.
  • 《Quantum Computing for Computer Scientists》 - Noson S. Yanofsky болон Mirco A. Mannucci нарын хамтран бичсэн.

4. Аюулгүй байдал ба квантын тооцоо

Квантын тооцооны хөгжилтэй холбоотойгоор уламжлалт шифрлэлтүүд квантын тооцооны аюул заналд өртөх болсон. Салбарынхан квантын тэсвэртэй шифрлэлт хөгжүүлэхэд анхаарал хандуулж эхэлсэн бөгөөд ирээдүйд өгөгдлийн аюулгүй байдлыг хангахын тулд квантын тооцооны холбогдох мэдлэгийг эзэмших нь чухал болно.

Квантын тэсвэртэй шифрлэлт хэрэгсэл

• Open Quantum Safe: Квантын тэсвэртэй шифрлэлт протоколыг хөгжүүлэхэд туслах зориулалттай нээлттэй эхийн сан.
• Liboqs: Квантын аюулгүй алгоритмуудын шифрлэлт номын сан, олон төрлийн квантын тэсвэртэй алгоритмуудыг хэрэгжүүлэхийг дэмждэг.

5. Дүгнэлт

Квантын тооцоо хурдан хөгжиж байгаа бөгөөд холбогдох хэрэгсэл, нөөцийг эзэмших нь танд энэ салбарт амжилт олоход туслах болно. Энэ нийтлэлд өгсөн хэрэгсэл, технологийн жишээнүүд, сургалтын нөөцүүд нь таны квантын тооцооны аялалд хэрэгтэй зааварчилгаа болохыг найдаж байна. 2020-аад оныг өнгөрөхийн хэрээр квантын тооцооны салбарт тэргүүлэгч болох нь ирээдүйн технологийн боломжийг барьж авах явдал юм.