โปรแกรมควอนตัมแบบง่าย ๆ จะเป็นอย่างไร?

15

หลังจากอ่าน " ชิพโทนิคควอนตัมชิปตัวแรก " ฉันสงสัยว่าซอฟต์แวร์สำหรับคอมพิวเตอร์ที่ใช้ความยุ่งเหยิงของควอนตัมเป็นอย่างไร

มีตัวอย่างของรหัสสำหรับการเขียนโปรแกรมควอนตัมที่เฉพาะเจาะจงหรือไม่ เช่น pseudocode หรือภาษาระดับสูง? โดยเฉพาะสิ่งที่เป็นโปรแกรมที่สั้นที่สุดที่สามารถใช้ในการสร้างรัฐเบลล์เริ่มต้นจากสถานะที่กำหนดเป็นใช้ทั้งการจำลองสถานการณ์และหนึ่งในโปรเซสเซอร์Quantum Experienceของ IBMเช่นibmqx4?

| ψ ⟩ = \frac{1}{\sqrt{2}} (| 00 ⟩ + | 11 ⟩)

$\left|\psi\right> = \frac{1}{\sqrt 2} \left(\left|00\right> + \left|11\right> \right)$

| ψ_{0} ⟩ = | 00 ⟩

$\left|\psi_0\right> = \left|00\right>$

การทำให้ความคิดกระโดดจากการเขียนโปรแกรมแบบดั้งเดิมไปสู่ความพัวพันไม่ใช่เรื่องง่าย

ฉันได้พบlibquantumของ C ด้วยเช่นกัน

simulation ibm-q-experience programming

— DIDIx13
แหล่งที่มา

12

สมมติว่าคุณกำลังพิจารณาคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบเกทเกตวิธีที่ง่ายที่สุดในการสร้างสถานะที่ยุ่งเหยิงคือการสร้างสถานะเบลล์ วงจรต่อไปนี้แสดงสถานะเบลล์ $\left| \Phi^+ \right>$ ⟩

$\left| \psi_0 \right>$ $\left| \psi_1 \right>$ $\left| \psi_2 \right>$

$\left| \psi_0 \right>$

| ψ_{0} ⟩ = | 00 ⟩

$\left| \psi_0 \right> = \left | 0 0 \right >$

$\left| \psi_1 \right>$

Hadamard-Gate นำไปใช้กับ qubit แรกซึ่งส่งผลต่อไปนี้:

| ψ_{1} ⟩ = (H \otimes ผม) | 00 ⟩ = H | 0 ⟩ \otimes | 0 ⟩ = \frac{1}{\sqrt{2}} (| 0 ⟩ + | 1 ⟩) | 0 ⟩ = \frac{1}{\sqrt{2}} (| 00 ⟩ + | 10 ⟩)

$\left| \psi_1 \right> =(H \otimes I)\left | 0 0 \right > = H\left | 0 \right > \otimes \left | 0 \right > = \frac{1}{\sqrt 2} \left (\left | 0 \right > + \left | 1 \right > \right ) \left | 0 \right > = \frac{1}{\sqrt 2} \left (\left | 0 0 \right > + \left | 1 0 \right > \right )$

3 $\left| \psi_2 \right>$ :

ตอนนี้จะใช้เกต CNOT และพลิก qubit ที่สอง แต่เฉพาะที่อันแรกที่มีค่า 1 ผลลัพธ์คือ

| ψ_{2} ⟩ = \frac{1}{\sqrt{2}} (| 00 ⟩ + | 11 ⟩)

$\left| \psi_2 \right> = \frac{1}{\sqrt 2} \left (\left | 0 0 \right > + \left | 1 1 \right > \right )$

สถานะสุดท้ายนี้ $\left| \psi_2 \right>$ เป็นรัฐที่มีปัญหาและมักจะเป็นวิธีที่เป็นธรรมชาติที่สุดที่จะเกิดขึ้นกับสถานการณ์ดังกล่าว เบลล์ระบุว่าเกิดขึ้นในอัลกอริทึมควอนตัมที่น่าสนใจมากมายเช่นการเข้ารหัสแบบหนาแน่นสูงหรือการส่งผ่านทางไกล

แม้ว่าวิธีการข้างต้นอาจไม่เหมือนกับการเขียนโปรแกรมให้คุณตามปกติ แต่การใช้เกตกับรัฐเป็นวิธีการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบเกต มีเลเยอร์นามธรรมที่ให้คุณทำการเขียนโปรแกรมระดับสูง แต่แปลคำสั่งไปยังแอพพลิเคชั่นของเกท ไอบีเอ็มควอนตัมประสบการณ์อินเตอร์เฟซที่มีคุณสมบัติดังกล่าว

ในภาษาเช่น Microsoft # Q ตัวอย่างข้างต้นอาจมีลักษณะคล้ายกับนี้:

operation BellTest () : ()
{
    body
    {
        // Use two qubits
        using (qubits = Qubit[2])
        {
            Set (One, qubits[0]);
            Set (Zero, qubits[1]);

            // Apply Hadamard gate to the first qubit
            H(qubits[0]);

            // Apply CNOT gate
            CNOT(qubits[0],qubits[1]);
         }
     }
}

รุ่นที่มีรายละเอียดมากขึ้น (รวมถึงการวัด) สามารถพบได้ที่นี่: ไมโครซอฟท์: การเขียนโปรแกรมควอนตัม

— dtell
แหล่งที่มา

14

วิธีหนึ่งในการเขียนโปรแกรมควอนตัมคือใช้ QISKit สิ่งนี้สามารถใช้เพื่อเรียกใช้โปรแกรมบนอุปกรณ์ของ IBM เว็บไซต์ QISKitแสดงให้เห็นโค้ดต่อไปนี้จะได้รับคุณไปซึ่งเป็นวงจรที่พันกันตามที่คุณต้องการ นอกจากนี้ยังเป็นกระบวนการเดียวกับในคำตอบโดย datell ฉันจะแสดงความคิดเห็นในบรรทัดต่อบรรทัด

# import and initialize the method used to store quantum programs
from qiskit import QuantumProgram
qp = QuantumProgram()
# initialize a quantum register of two qubits
qr = qp.create_quantum_register('qr',2) 
# and a classical register of two bits
cr = qp.create_classical_register('cr',2) 
# create a circuit with them which we call 'Bell'
qc = qp.create_circuit('Bell',[qr],[cr]) 
# apply a Hadamard to the first qubit
qc.h(qr[0]) 
# apply a controlled not with the first qubit as control
qc.cx(qr[0], qr[1]) 
# measure the first qubit and store its result on the first bit
qc.measure(qr[0], cr[0]) 
# the same for the second qubit and bit
qc.measure(qr[1], cr[1]) 
# run the circuit
result = qp.execute('Bell') 
# extract the results
print(result.get_counts('Bell'))

โปรดทราบว่าคำสั่ง 'execute' ที่นี่ระบุเฉพาะโปรแกรมที่จะเรียกใช้ การตั้งค่าอื่น ๆ ทั้งหมดเช่นอุปกรณ์ที่คุณต้องการใช้จำนวนครั้งที่คุณต้องการทำซ้ำเพื่อรับสถิติ ฯลฯ ถูกตั้งค่าเป็นค่าเริ่มต้น หากต้องการรันบนibmqx4 เป็นเวลา 1024 ภาพคุณสามารถใช้แทนได้

results = qp.execute(['Bell'], backend='ibmqx4', shots=1024)

— James Wootton
แหล่งที่มา

4

โปรแกรมควอนตัมที่ง่ายที่สุดที่ฉันสามารถนึกได้คือตัวสร้างตัวเลขสุ่ม (1 บิต) จริง ในฐานะที่เป็นวงจรควอนตัมดูเหมือนว่า:

คุณเตรียมคิวบิตในสถานะก่อน $|0 \rangle$ จากนั้นใช้ประตู Hadamard เพื่อสร้างการซ้อนทับ $\frac{\sqrt{2}}{2} ( \left| 0 \right> + \left| 1 \right> )$ ซึ่งคุณจะวัดตามเกณฑ์การคำนวณ ผลลัพธ์ของการวัดคือ $|0\rangle$ หรือ $|1\rangle$ แต่ละอันมีโอกาส 50%

— ปิรามิด
แหล่งที่มา