تعلم البرمجة الكمومية في بايثون باستخدام الأمثلة. تقرير ياندكس

اليوم يمكن لأي شخص استخدام تقنيات البرمجة الكمومية ، وكتابة كود Python بسيط ، وتشغيله على جهاز كمبيوتر كمومي حقيقي. Rishat Ibragimovrishat_ibrahimov فحص أساسيات الحوسبة الكمومية باستخدام أمثلة برمز ، وأظهر كيفية تشغيل البرامج على جهاز محاكاة محلي وجهاز كمبيوتر كمي عن بعد.





- مرحبا بالجميع ، اسمي ريشات. لقد عملت على جودة بحث Yandex لمدة ثلاث سنوات تقريبًا. لكني اليوم لا أريد أن أتحدث عن العمل ، بل عما أفعله في وقت فراغي. أنا منخرط في المعلوماتية الكمومية ، ولكن في الواقع - مجموعة متنوعة من نماذج الحساب ، بما في ذلك النماذج الكمية.



المعلوماتية الكمومية هي منطقة مثيرة للاهتمام في الوقت الحالي. يتم بذل الكثير من الجهد هناك ، تم القيام بالكثير. في تقريري سأحاول أن يثير اهتمام بعضكم. ربما هناك مهندس ML رائع بينكم يرغب في القيام بتعلم الآلة الكمومي ، أو مجرد خوارزمية قوية يمكنها الاستثمار في هذا الاتجاه. سيكون الأمر رائعًا لأن المستقبل قادم قريبًا.



يجب أن أقول على الفور أنني لست فيزيائيًا. بالتأكيد هناك أناس بينكم يفهمون كل هذه العمليات في الفيزياء أكثر مما أفهم. لذلك ، لن أقول شيئًا تقريبًا عن الفيزياء.



أتوقع منك أن تتذكر الجبر قليلاً ، وتذكر ما هو المتجه وكيفية مضاعفة المتجه في مصفوفة.







كيف سيتم تنظيم تقريري؟ أولاً ، سنتحدث قليلاً عن التاريخ ، عن مصدر كل شيء من أجل النظر بثقة إلى المستقبل. ثم سنرى أين يمكن تطبيق ذلك ، وما هي الحالة الآن ، وما إذا كان من الممكن القيام بشيء بيديك الآن. سنكتب أول برنامج Python يمكن تشغيله على جهاز كمبيوتر الكم. وبعد ذلك ، كمكافأة ، سأعرض لك بعض الأمثلة على الخوارزميات التي تساعد فيها الحوسبة الكمومية على تحقيق أداء أفضل بشكل لا يضاهى مقارنة بالأجهزة الكلاسيكية.







كيف جميعا لم تبدأ؟ من هذا الشاب. هذا هو آلان تورينج ، يمكن أن يطلق عليه بأمان والد علوم الكمبيوتر أو علوم الكمبيوتر ، الشخص الذي نعيش به الآن ، كسب المال. في ثلاثينيات القرن العشرين ، توصل تورينج إلى نموذج حسابية نسميه الآن كمبيوتر قابل للبرمجة. لكن هل سيتعرف أحد على هذا الشخص؟







أكثر صعوبة. غالبًا ما يذهب لقبه إلى جانب لقب تورينج. هذه هي كنيسة ألونزو ، وقد تعامل أيضًا مع مشاكل الحوسبة ، وحتى قبل قليل من طرح تورينج لنماذجه الحسابية. لكن عمل تورينج أصبح أكثر شعبية. وبشكل عام ، كانت الكنيسة في وقت ما المستشار العلمي لتورينج. مجتمعة ، عادة ما ترتبط أسمائهم بهذه الأطروحة.



تقول أطروحة الكنيسة-تورينج: يمكن تصميم أي عملية بشكل فعال على آلة تورينج. هذا هو أواخر الثلاثينيات - أوائل الأربعينيات ، وكل شيء جيد جدًا. لمدة 30 عامًا كل شيء جيد جدًا ، حتى ظهر هذان الشخصان. هل يعرفهم أحد؟







هذه بالفعل السبعينات ، قريبة جدًا من الحاضر. غالبًا ما يتم العثور على أسمائهم الأخيرة في دورات التشفير. هؤلاء هم روبرت نايتنجيل وفولكر ستراسين. يشتهر هذان الشخصان بالخروج بخوارزمية احتمالية للتحقق من عدد من البساطة ، اختبار Solovey-Strassen.



وهذه نقطة مهمة للغاية بالنسبة لنا ، لأننا قلنا حتى الآن أنه يمكن نمذجة أي عملية حسابية على آلة تورينج. ولكن تبين الآن أنه لا يمكن تصميم خوارزمياتهم. من المحتمل ، لا يوجد شيء مثل هذا في آلة تورينج.



كان علي أن أقوم بإصلاح سريع وأقول أنه يمكن نمذجة أي عملية على آلة تورينج الاحتمالية. لم يعد هذا رائعًا بعد الآن ، بالتأكيد أن أحدكم لديه صدمة في صدرك. فكرت: كيف ذلك؟ الآن نقول "احتمالية" ، في غضون عشر سنوات سيتم اكتشاف شيء آخر ، يجب تصحيح شيء آخر. هذا ليس لطيفا جدا لكن أنا وأنت بالطبع لست وحدنا.







كان هناك شاب آخر - ديفيد دويتش. وتساءل أيضًا: كيف ذلك؟ كيف تعيش؟ إنه فيزيائي من خلال التدريب ، وكرس حياته كلها للفيزياء. وقررت معالجة هذه المشكلة من وجهة نظر الفيزياء. قال: دعنا نحاول أن نثبت ، نحصل على شيء حتى تخبرنا الطبيعة نفسها أن هذا هو الحال بالضبط. وقد قالت الطبيعة آنذاك (وما زلنا نعتقد) أنها ميكانيكية كمومية. لذلك بدأنا في البحث عن إجابة في ميكانيكا الكم. وبدأت المعلوماتية الكمية مع ديفيد دويتش مع أول خوارزمياته.



هذه رحلة صغيرة في التاريخ حتى تفهموا: أنها لم تأتِ من فراغ. في هذا المجال هناك مشاكل حقيقية ، نظريًا ، بالطبع ، تعذب الناس الذين بدأوا كل شيء.



لكن هل كل شيء على مستوى النظرية فقط؟ بشكل عام ، من وجهة نظر الرياضيات ، لم يبق هناك مشاكل. رياضيا ، نحن نعرف كل شيء عن كيفية عمل الكمبيوتر الكمومي. الآن هناك بالفعل أجهزة كمبيوتر كمومية حقيقية من تكوينات مختلفة ، تعمل بطرق مختلفة. وهذا بشكل عام تحدٍّ هندسي.



على سبيل المثال ، لدينا في معهدنا قسم كامل يتعامل مع المعلوماتية الكمومية. هناك علماء الرياضيات والفيزيائيون. يشارك الفيزيائيون الآن بشكل وثيق جدًا في مشكلة التخزين طويل الأمد للمعلومات الكمية. إنها تشبه إلى حد كبير محركات الأقراص الثابتة لدينا ، لكننا نريد تخزين المعلومات الكمية هناك.







ما هي استخدامات هذا الاقتصاد بأكمله؟ بالطبع ، أول ما يتبادر إلى الذهن هو نمذجة العمليات ، لأن العالم ميكانيكي الكم. وإذا استخدمنا جهاز كمبيوتر كمومي لمحاكاة العمليات أو التفاعلات الكيميائية أو أيا كان ، فسيكون ذلك أرخص بكثير من الناحية الحسابية.



القسم الثاني والكبير جدًا ، والذي يتم تكريس الكثير من الجهود له الآن ، هو التعلم الآلي الكمي. هناك أمل كبير في أن الحوسبة الكمومية ستساعد في تسريع عمليات التعلم نفسها وتحسين الخوارزميات. هناك الكثير من العمل هنا. الآن ، على سبيل المثال ، تعمل مجموعتنا الكمية مع عالم من الصين. إنه مهندس ML قوي جدًا ، ولدينا القليل من التحيز الكمي ، محاولًا التوصل إلى شيء معًا.



الشيء الثالث كان ضجيجًا قليلاً قبل بضعة أشهر. الآن ، ربما يكون الضجيج نائمًا بالفعل ، ولكن هناك حتى بلوكشين كمومي كامل. اخترعها صديقي العزيز وصديقي العظيم. هذا أنا ، أقول بفخر قليل.



لكن ليس لدينا حاسوب كمومي. للأسف ، لا يمكننا العودة إلى المنزل وتشغيل البرامج بنفس سهولة البرمجة في Python.



ماذا أفعل؟ كنت أفكر فيما أفعله في سنتي الثالثة عندما كنت أكتب ورقة الفصل الدراسي الأول. كنت أكتب محاكي الحوسبة الكمومية. بالطبع ، يكتب الجميع المحاكيات ويستخدمهم الجميع بطريقة أو بأخرى. في سنتي الرابعة ، كتبت محاكيًا يحاكي التداخل والضوضاء وما إلى ذلك. ثم شعرت بالملل.



حاولت البحث في محرك بحث وأدركت أن هناك العديد من المحاكيات. فيما يلي بعض الروابط ، فهي بسيطة ومثيرة للاهتمام:

• github.com/quantumlib/Cirq
• github.com/artiste-qb-net/qubiter
• code.google.com/archive/p/pyqu
• qiskit.org

ولكن أريد التوقف عند qiskit. إنه مميز ، يبرز من الجميع. من؟







يعمل في وضعين. الأول ، مثل أي شخص آخر ، هو محاكي محلي منتظم. والثاني هو تشغيل برنامجك على كمبيوتر IBM Q الكمومي الحقيقي ، والذي يبدو شيئًا مثل هذا.







الآن هو برميل كامل يتم فيه الحفاظ على درجة حرارة منخفضة للغاية - حوالي ثلاثة مليكلفين. انها باردة جدا. وتوفر IBM القدرة على السحابة لتوصيل وتشغيل التعليمات البرمجية الخاصة بك مباشرة على هذا الجهاز.



بالطبع ، يقوم بتجميع الأوامر وما إلى ذلك بطريقة خاصة. كيف يعمل حتى؟ هناك العديد من عمليات التثبيت لمثل هذا الكمبيوتر للوصول العام. واحد منهم هو 5 كيلوبايت ، هناك 15 كيلوبايت ، 16 كيلوبايت ، حتى 20 كيلوبايت متاحة لنا. هذا هو حوالي 20 بت من المعلومات الكلاسيكية العادية ، ولكن بالفعل شيء.



هنا ، بالتأكيد ، يعتقد الكثير منكم: هذا كل ما أريده! ولكن عليك أن تتذكر القليل من الرياضيات. القليل من الجبر ، لكن القليل كما وعدت.



لبدء البرمجة على جهاز كمبيوتر كمومي ، تحتاج إلى فهم ما هو كيوبت. إنه مجرد متجه في مساحة متجه ثنائية الأبعاد. ولكن بما أننا نتحدث عن المساحات المتجهة ، فلها أساس.







يبدو الأساس مثل هذا. هناك عمودين متجهين وأساس وحدة ، قياسي ، في دورات الجبر يشار إليه على النحو التالي:

$$

$$[\frac{1}{0}]$$

و

$$

$$[\frac{0}{1}]$$

... وهناك تدوين قياسي في ترميز ديراك ، في أقواس الزاوية هذه.



أي ، حتى لا تخلط ، سأستمر في التقصير هكذا.







وبما أنه متجه ، يمكن كتابة حالته على هذا النحو. A qubit q هو تراكب من متجهين أساسيين ، حيث α و β عبارة عن أرقام معقدة ، ولكن ليس أي أرقام على الإطلاق ، ولكن بحيث يكون مجموع القيم المطلقة لمربعاتهم يساوي واحدًا.







إذا حاولنا رسم هذا الشيء ، نحصل على أن الكيوبت عبارة عن ناقل على كرة ثلاثية الأبعاد. يمكن تخزين كمية لا حصر لها من المعلومات في كيلو بايت واحد ، لأنها مجرد ناقل ، يوجد منها كمية لا نهائية.



لست بحاجة إلى الانتباه إلى الصورة ، إنها مجرد تقنية تصور لجذب الانتباه.



تحدثنا عن الكوبيتات. الأهم من ذلك ، كبيت هو ناقل. متجه في فضاء متجه معقد. ماذا يمكنك ان تفعل به؟







أول شيء اعتدنا القيام به هو محاولة حساب قيمة متغيرنا ، على سبيل المثال ، في Python. نريد أن نقرأ حالة الكيت. لكننا لن نعرف أبدًا المعنى الدقيق لـ α و β.



إذا حاولنا إلقاء نظرة على كيوبت ، فقم بقراءتها ، ثم نحصل على صفر أو واحد مع الاحتمالات المقابلة. الاحتمالات هي مجرد إسقاطات على ناقلات الأساس المقابل.



الشيء الثاني الذي يمكننا القيام به ، على سبيل المثال ، استنساخ كيوبت. نحن نسمي هذا تخصيص متغير لآخر. لسوء الحظ ، لا يمكن القيام بذلك في العالم الكمي.







لا توجد عملية مهمة ، وهذا مرتبط جدًا بما قلته للتو: لن نتمكن حتى من إلقاء نظرة على القيمة الدقيقة. هذه نتيجة أساسية. تم إثبات ذلك ببساطة شديدة : حرفيا خطين من المقارنات ، بالتناقض.







هناك كيوبت لا نستطيع قراءتها ولا نستطيع استنساخها. ماذا يمكنك ان تفعل على الاطلاق؟



كيوبت هو ناقل. يمكن أخذ الناقل وتدويره حول الكرة. للتدوير ، يمكنك التفكير في مصفوفة تجعل هذا الدوران. جميع العمليات على الكوبت هي مصفوفات. يطلق عليهم وحدوي.



وحدوي - لكي يتحقق هذا الشرط ، يتم كتابته هنا بطريقة ماكرة. تشير هذه الأيقونة إلى مصفوفة مترافقة معقدة ومعقدة. هذه الخاصية مهمة جدًا ، فهذا يعني أن هناك عكسًا لأي عملية. أي أنه بغض النظر عن كيفية تحريف الناقل ، يمكننا دائمًا إعادته إلى موضعه السابق. هناك دائمًا عملية عكسية.



دعونا نرى ما يمكن أن تكون العمليات. ما اعتدنا عليه في الحالة الكلاسيكية. هناك صفر ، يمكنك تحويله إلى واحد والعكس صحيح.







هذا هو عامل النفي وهو بسيط للغاية. يتم تسجيله مع مثل هذه المصفوفة. إذا حاولنا الضرب ، نحصل على ما نريده بالضبط.







لقد رسمتها هنا. لا شيء معقد. عامل النفي له ترميز قياسي ، عامل X. تعال للتفكير في الأمر ، إنه مجرد دوران حول أحد المحاور. وهناك عاملان Y و Z ، يدوران حول محاور أخرى ، لكن هذا ليس مهمًا الآن.



ويمكننا بالفعل تشغيل برنامجنا الأول على جهاز كمبيوتر كمومي من شأنه أن يبطل qubit.



لكننا في علم الكمبيوتر الكمومي ، بالطبع ، نادرًا ما نكتب بلغة بايثون. نحن نستخدم المخططات في كثير من الأحيان.







عادة ما يبدو هذا الرسم التخطيطي. الخطوط الأفقية هي ببساطة قيم qubit. لقد رسمت خمسة منهم هنا. وفي الكتلة - العملية التي سنقوم بها.



الكتلة الأولى. يتم رسم جهاز قياس هنا. هذا يعني أننا نريد فقط قياس ما يوجد في الكيوبت الأول.







إذا قمنا بتشغيل هذا الشيء ، نحصل على ذلك مع احتمال أن يكون لدينا صفر هناك ، لأنهم تمت تهيئتهم في هذه الحالة ولم نفعل أي شيء معهم.







يمكن كتابة مثل هذا الشيء في Python باستخدام مكتبة qiskit. دعونا نرى ما يحدث هنا سطرًا تلو الآخر. أولاً ، نبدأ التسجيل الكمومي. أقوم بتشغيله هنا من كيوبت واحد. والسجل الكلاسيكي. السجل الكلاسيكي مطلوب لكتابة نتيجة القياس في مكان ما. أي أنني أقوم بتحويلات مع سجل كمومي ، والنتيجة هي واحدة كلاسيكية - صفر أو واحد. وبعد ذلك أقوم بإنشاء دائرتي الخاصة ، والتي تحتوي على هذا الكيوبت الكلاسيكي الكمومي. أنا فقط أقول: دعنا نقيس q qubit في C. لنبدأ هذا الأمر كله وكل شيء سيكون على ما يرام. لكن القارئ اليقظ سيرى: يقول هنا أن خلفي هو محاكي محلي.







يمكن القيام بنفس الشيء مع IBM Q ، ولكن يوجد المزيد من التعليمات البرمجية هنا. هناك كل أنواع المعكرونة حول اختيار جهاز يستجيب لنا في أقرب وقت ممكن ، ونقل بعض الرموز ، هذا كل شيء. ولكن لا يوجد شيء صعب.







يمكن فعل الشيء نفسه مع عامل النفي. هذا هو العامل X ، كما قلت. إنها تبدو متشابهة تمامًا في الرسم التخطيطي ، فلنجري نفس الشيء.







الآن ، مع احتمال واحد ، نحصل على واحد ، كما هو مخطط. لا سحر.







الرمز هو نفسه. إنه فقط هنا أقوم أيضًا بتطبيق عامل التشغيل X على q qubit.



حسنًا ، لنحاول المضي قدمًا.







هناك شيء صعب للغاية هنا. دعونا نحاول الحصول على هذه الحالة. هذه الدولة مثيرة جدا للاهتمام. سنحصل على مثل هذا التراكب. إذا حاولنا قياسه ، فمع احتمال يبلغ 1/2 نحصل على صفر أو واحد. أي أنه سيكون تراكبًا موحدًا ، يمكننا الحصول على أي شيء.



يمكن رسم القياس على ما هو رمي عملة الكم. سنقول حسنًا ، مع الاحتمال - نحصل على صفر وواحد. المصفوفة تبدو مثل هذا.







من السهل التحقق ، لكننا بالتأكيد لن نفعل ذلك. لنرسم مخططًا. عامل H على شرف Hadamard.







دعنا نقيس ونحصل على ما نتوقعه تقريبًا. مع احتمال ½ ، صفر وواحد. أكثر من ذلك بقليل ، ولكن كيف تعمل.



إليك رمز Python ، فقط لنتواجد هناك ، نحن في مؤتمر Python.







هناك مثل هذا التراكب. نطبق عامل هادامارد عليها ونقيسها.



ولكن يمكنك قلب عملة معدنية مرتين ، لقد اعتدنا جميعًا على ذلك. إذا قمت بقلب عملة معدنية مرتين ، فلن يتغير شيء. دعونا نحاول القيام بذلك في حالة الكم.







نطبق عامل Hadamard مرتين على التوالي ونحصل دائمًا على صفر.







بمعنى ، إذا قلبت عملة كمية مرتين ، فستحصل دائمًا على صفر ، لأن عامل تشغيل Hadamard معكوس لنفسه. إذا ضربت نفسك ، ستحصل دائمًا على واحدة. إليك شيء.



لذا ، يمكنك القيام بشيء بواحد كيوتب. يمكن أن تكون ملتوية ، ملتوية وقياس. دعنا نحاول إضافة المزيد من البتات. ما اعتدنا القيام به في العالم الكلاسيكي؟ خذ وتنفيذ عمليات منطقية بسيطة ، "أو" و "و".







في عالم الكم ، لا يمكنك القيام بذلك ، لأنه لا يمكن عكسه تمامًا. بمعنى ، عندما نحصل على صفر في عملية "و" ، لا يمكننا أبدًا معرفة القيم الأولية.



وفي العالم الكمي ، كما قلت ، العملية هي مصفوفة وحدوية يمكن عكسها دائمًا. إذن ، كيف تبرمج؟ كل شيء اعتدنا عليه ينهار. لكن يظهر بطل جديد ، هذا هو العامل في ما يسمى بالنفي المسيطر عليه.







إذا كنا نكتب بلغة Python ، فستبدو هكذا. إذا كان أول qubit واحدًا ، فلنعكس الأول. هذه ليست مصفوفة ، هذا ما يبدو عليه عامل التشغيل. ولكن من حيث المبدأ ، ما قلته مكتوب هنا. حيث توجد وحدة في الكيت الأولى ، يتم عكس الثاني.







المصفوفة بالفعل أربعة في أربعة. لمدة كوبيتات ، يبدو هذا. سأترك المشكلة مع علامة النجمة للتكاثر ومعرفة ما إذا كان هذا صحيحًا.







هذا الشيء يمكن برمجته. لا علم الصواريخ. ما عليك سوى أن تأخذ ، وأن تنشئ دائرة من كيوبتات ، مع دورتين كلاسيكيتين ، وأن تفعل ذلك ، وليس فقط CNOT ، ولكن CX ، تتحكم في النفي.



كان النفي هو العامل X ، لذلك من حيث المبدأ كل شيء منطقي. ويمكنك رسم مخطط. المخطط على النحو التالي.







أي أن النفي المتحكم فيه هو ميزة إضافية على الكيوبت التي نريد تغييرها. والنقطة التي هي السيطرة. هنا ، إذا كان الكيوبت في وحدة ، فسنغير الثاني.







هنا أقوم أولاً بقلب الأول على وجه التحديد بحيث يكون واحدًا ، ثم أقوم بقياس كلاهما والحصول على النتيجة | 11⟩. كل شيء كما توقعنا.



ولكن حان الوقت الآن لاستخدام كل معرفتنا معًا.







لنأخذ جميع العوامل الثلاثة أو الأربعة التي نعرفها ، ونضعها في مخطط واحد. أي أننا نطبق عامل Hadamard على أول عامل. اقلب الثاني ، ثم معًا ، قم بعمل إنكار وقياس متحكم به.



دعونا لا نديره حتى الآن ، ولكن حاول تخمين ما سيحدث.







إذا قمنا بتطبيق عامل التشغيل Hadamard على الكيت الأول ، ونفي الثاني ، فإننا نحصل على مثل هذا التراكب. لا أريد إضاعة الوقت في التحقق الآن ، يمكن مضاعفته بسهولة. لكن الموقف مثير جدا للاهتمام. أولاً ، إنها تشبه إلى حد كبير الزي الموحد ، وثانيًا ، تسمى هذه الحالة الآن متشابكة ، إذا أخذنا أيضًا النفي المسيطر عليه.







الدولة مربكة. و لماذا؟ دعونا نحاول إجراء قياس. انظروا ، إذا قمت بقياس الكيت الأول وكان لدي في الحالة صفر ، فيمكنني القول أن الكيت الثاني هو بالضرورة في الحالة واحد.



بمعنى ، إذا قمت بإجراء مثل هذا التحول مع الكيبات الخاصة بي ، أعطيت كيلوبايتًا واحدًا لصديقي ، فسوف يطير إلى نيويورك ، وقمت بقياس الكيتات الثانية في نفسي ، سأعرف بالضبط ما هي حالته. وهذا ما يسمى تأثير التشابك الكمي أو الترابط الكمي. وهذه هي الآلية الرئيسية التي تعمل بها الحوسبة الكمومية. سوف تتغير ، فهي متصلة بشكل صارم للغاية ، وأثناء القياس يمكننا فقط الحصول على | 00⟩ أو | 11⟩.



في هذه المناسبة ، هناك توضيح مثير للاهتمام للغاية لصالح عالم واحد ، النمساوي ، في رأيي ، الذي كان غائبا للغاية (تحديث ).







كان الإلهاء هو أنه كان يرتدي جوارب مختلفة طوال الوقت. وزملائه يمزحون عنه: إذا دخل إلى الغرفة بقدم واحدة ونرى أن الجورب وردي ، فيمكننا بالتأكيد أن نقول أن الجورب الثاني ليس ورديًا. هكذا يذهب.







إذا قمنا بتشغيل هذا الشيء ، نحصل على ما نريده بالضبط. إن الأمر مضحك بالفعل هنا. الاحتمال 0.5 بالضبط ، لكن هذه مصادفة.







إذا قمنا بتشغيل بصراحة على جهاز كمبيوتر الكم ، نحصل على هذه الصورة. يبدو أننا نقول: لا يمكن الحصول على الحالة | 00⟩ ولا يمكن الحصول على الحالة | 11⟩ مطلقًا. لكنها لا تزال تعمل: الوضع الحالي للتكنولوجيا بحيث لا توجد ضوضاء لا يمكن قمعها بسهولة دائمًا. وهم يكافحون مع هذا.



ولكن إذا كنت تتذكر علوم الكمبيوتر الكلاسيكية ، فهذا هو الشيء نفسه: رموز تصحيح الخطأ وكل ذلك. الأمر فقط أن الكيوبت صغير جدًا في الوقت الحالي لإنفاق أجزاء إضافية على تصحيح الخطأ.



الآن ، كما وعدت ، بعض الأمثلة على الخوارزميات. لكن هذه ستكون مجرد أمثلة لا أساس لها من الصحة دون تحليل الخوارزميات ، بحيث تبدو ، وتعتقد ، تصبح مهتمًا.







الخوارزمية الأولى مرتبطة باللغة الألمانية فقط ، والتي تحدثنا عنها في البداية. هذه هي خوارزمية Deutsch-Jozy. ويفعل ما يلي. تخيل أن لدينا دالة منطقية في المتغيرات n. ونحن نعلم على وجه اليقين أنها إما ثابتة أو متوازنة. متوازن يعني أنه في نصف الحجج بالضبط يساوي صفر ، وفي النصف الآخر - إلى واحد. دعونا نحاول التحقق من ما إذا كان ثابتًا أم لا.



للقيام بذلك ، نحتاج إلى التحقق من نصف جميع الخيارات الممكنة على الأقل: خيار 2 ^{n - 1} +1. تسمح لك الخوارزمية الكمية بالقيام بذلك في n استدعاءات للدالة نفسها ، في n حسابات للدالة نفسها. هذا عدد أقل من النتائج.



من المحتمل أن يكون المثال الثاني معروفًا للجميع ، لأنه يقولون أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستكسر كل التشفير: يمكننا حساب الأرقام الكمية بسرعة كبيرة.







يتم إعطاء تقديرات الصعوبة هنا وهناك مثال رائع. في عام 2011 ، تم احتساب الرقم 15 على جهاز كمبيوتر حقيقي.







ولكن ليس كل شيء سيئ للغاية. في حالة وصول أجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى المستوى الذي يمكنك من خلاله كسر RSA ، فهناك بالفعل تشفير ما بعد الكم. إنه مبني على التعلم بالأخطاء. هذا عندما يتم إدخال خطأ صغير في المشكلة بحيث يكون من الصعب جدًا العثور على إجابة. عادة ما تكون هذه نوعًا من المعادلات أو نظام المعادلات. فيما يلي مثال على الخوارزمية. يمكن لأي شخص يريد القراءة بمزيد من التفصيل.



الأكثر إثارة للاهتمام: تستند خوارزمية الأمل الجديد على هذا الشيء ، الأمل الجديد للبشرية جمعاء. في عام 2016 ، أضاف Chrome دعمًا لهذه الخوارزمية. يوجد رابط للمدونة هنا. لم تكن هذه فكرتي ، كل شيء حقًا. المستقبل هو بالفعل هنا.



هناك بعض الروابط في النهاية:

• , : Michael A.Nielsen and Isaac L. Chuang, «Quantum Computation and Quantum Information». , . .
• IBM Q: quantumexperience.ng.bluemix.net
• IBM Q User Guide: quantumexperience.ng.bluemix.net/proxy/tutorial/full-user-guide/introduction.html
• Qiskit: qiskit.org
• :
  
  nplus1.ru/material/2017/06/07/quantumcomputers
  
  nplus1.ru/news/2017/05/26/quantum-blockchain

هذا أكثر أو أقل كل شيء. أريد فقط أن أضيف أنه منذ حوالي 50 عامًا ، عندما بدأ دويتش في القيام بعلوم المعلومات الكمية ، كانت أجهزة الكمبيوتر كبيرة. تم صنعها من قبل العديد من الشركات. كانت بحجم خزانة الملابس. والآن ، تقوم نفس الشركات تقريبًا بتصنيع أجهزة كمبيوتر كمومية كبيرة. وبالطبع لا نعلم ماذا سيحدث خلال 50 عامًا.



إذا حاولت كتابة محرك البحث المفضل لديك ، فيمكنك اليوم العثور على وظائف شاغرة لمبرمج كمومي. بالتأكيد ، هناك المزيد من الأبحاث هناك ، ولكن مع ذلك. شكرا.