https://virgool.ir/feed/@charmchisaraفیزیکخوان جوان؛ اندکی فیزیک، برنامه نویسی و بیزنسfa2026-11-12 04:30:50https://files.virgool.ir/upload/users/254503/avatar/AglVht.pnghttps://virgool.ir/@charmchisarahttps://virgool.ir/@charmchisara/کوانتوم-و-بیزنس-چطور-می-توانیم-از-کوانتوم-سود-ببریم-hfoeeymwmxwtوقتی صحبت از تکنولوژی محاسبات کوانتومی و تحولی که در علم نوین ایجاد کرده می شود ، اولین سوالی که به ذهن اغلب مخاطبان میاد اینه که خب، در نهایت چه سودی می بریم؟ و چرا باید روی چنین تکنولوژی ای سرمایه گذاری کنیم؟ ساده ترین و البته راحت ترین پاسخ می تونه این باشه : حرکت بازیگر اصلی رو تقلید کن !موقعیتی که امروز با اون مواجهیم مشابه با تنها چند سال گذشته درمورد کلان داده و یادگیری ماشین است، آن وقت ها خیلی ها اهمیتی به رشد فزاینده این تکنولوژی ها ندادند و امروز به سختی دنبال راهی هستند تا از شرکت های رقیب عقب نمانند. در سال های اخیر شاهد تمایل فزاینده ی غول های تکنولوژی به سرمایه گذاری در تکنولوژی کوانتومی بودیم.پس تفاوتی ندارد شما یک سرمایه گذار تنها هستید، صاحب یک شرکت تکنولوژی هستید یا محقق و مهندس نسل آینده؛ آنچه عیان است تقاضای رو به رشد مارکت نسبت به این تکنولوژی است.ارزیابی ارزش آینده بیزنس با این سوال شروع می شود: این تکنولوژی چه مسایلی را بطور موثر حل می کند که با تکنولوژی امروزی قابل حل نیست؟ پاسخ ساده نیست اما دو شاخصه اندازه و پیچیدگی محاسباتی مورد نیاز است. برای مثال ساخت دارو را در نظر بگیرید. برای دانشمندانی که سعی می کنند ترکیبی را طراحی کنند که خود را به مسیر بیماری هدف متصل کرده و تغییر دهد ، اولین مرحله مهم تعیین ساختار الکترونیکی مولکول است. اما برای مدل سازی ساختار یک مولکول از داروهای متداول مانند پنی سیلین ، که دارای 41 اتم در حالت اولیه است ، به یک کامپیوتر کلاسیک با 10 به توان 86 بیت نیاز است - ترانزیستورهایی بیشتر از اتم های موجود در جهان قابل مشاهده- چنین دستگاهی از نظر فیزیکی غیرممکن است. اما برای کامپیوترهای کوانتومی ، این نوع شبیه سازی به خوبی در محدوده امکان قرار دارد و نیاز به پردازنده ای با 286 بیت کوانتومی یا کیوبیت دارد.می دانیم محاسبات کوانتومی در شاخه های بسیاری از فناوری مفید خواهد بود مانند حوزه مالی، بیمه، بخش انرژی، حمل و نقل و لجستیک، صنعت فضایی، شیمی و داروسازی، مهندسی مواد، بلاکچین و امنیت سایبری. بسیاری متخصصان باور دارند مزیت کوانتومی(Quantum supremacy) کامپیوترهای کوانتومی در آینده ای نزدیک نسبت به کامپیوترهای کلاسیک در حل چهار نوع مشکل محاسباتی که معمولاً مانع از بین بردن چالش های متعدد تجاری و علمی می شود، قابل اثبات خواهد بود.این چهار نوع مسأله ، چشم انداز کاربردی وسیعی را در تعداد فزاینده ای از صنایع پوشش می دهد(شکل-1)شکل1- مزیت کوانتومی در حل 4 نوع مسأله محاسباتی و کاربردهای آنسه فاز اصلی پیشرفتگفتیم تحول کوانتومی و کاربردهایش نزدیک است، اما این مهم چه زمانی عملا محقق می شود؟ چقدر طول می کشد کامپیوترهای کوانتومی به مزیت کوانتومی به معنی واقعی کلمه برسند؟ این فرآیند شامل کاربردها و توسعه درآمد کسب و کارهای فعال این حوزه را در سه فاز پیش بینی می کنیم:فاز اول؛ نویز 3 تا 5 سال آینده را فاز دستگاه های نویزدار کوانتومی در مقیاس متوسط در نظر میگیریم. دستگاه هایی با ساختار موثر که قادر به اجرای توابع کاربردی و گسسته هستند اما با نرخ خطای بالا که عملکرد نهایی را محدود می کند.آنچه در این مقطع موجب برتری کامپیوتر های کلاسیک در مقابل کوانتومی می شود دقت آنهاست. این کامپیوتر ها در هر 10 به توان 24 عملیات در سطح بیت، یک خطا بروز می دهند در حالی که کیوبیت های امروزی برای انواع محاسبات لازم برای شبیه سازی مولکولی با مزیت کوانتومی یا انواع بهینه سازی خیلی سریع بی ثبات می شوند. کارشناسان معتقدند که تصحیح خطا بزرگترین چالش محاسبات کوانتومی در دهه های پیشرو باقی خواهد ماند.با این وجود تحقیقات در دست انجام در بسیاری از شرکت های بزرگ و استارت اپ های امروزی مانند IBM و Google و Rigetti به پیشرفت های فناوارانه موثری در یافتن روشهایی در کاهش خطای کوانتومی منجر شده است. این تلاش ها این احتمال را افزایش می دهد که در کوتاه مدت و میان مدت شاهد توسعه کامپیوترهای کوانتومی متوسط ​​و در عین حال مستعد خطا باشیم که می تواند برای دستیابی به اولین اکتشافات آزمایشی با مزیت کوانتومی در شبیه سازی و بهینه سازی ترکیبی استفاده شود.به این ترتیب می توان گفت با سرعت خوبی در حال گذر از فاز اول هستیم.فاز دوم؛ مزیت کوانتومی گسترده10 تا 20 سال آینده را شاهد مزیت کوانتومی گسترده خواهیم بود، کامپیوترهای کوانتومی به پیشرفت فزاینده ای در اجرای پروژه هایی با اهمیت صنعتی واقعی خواهند رسید و ترقی آنها در سرعت، هزینه و کیفیت قابل رقابت با نوع کلاسیک خواهد بود اما همچنان نیاز به غلبه بر موانع فنی مهم در اصلاح خطا و سایر زمینه ها ، و همچنین افزایش مداوم قدرت و قابلیت اطمینان پردازنده های کوانتومی خواهیم داشت.مزیت کوانتومی پیامدهای عظیمی خواهد داشت. به عنوان مثال بخش تحقیق و توسعه مواد شیمیایی را در نظر بگیرید، اگر شبیه سازی های کوانتومی منجر به مدل سازی اندرکنش های بین مواد ( حین رشد اندازه آنها) شود-بدون نیاز به استفاده از تکنینک های ابتکاری و انحرافی امروزی-شرکت ها می توانند فرآیند های آزمایشگاهی گرانقیمت و عریض و طویل خود را مانند تست درجا ( in situ testing) حذف یا حداقل کاهش دهند. چنانچه امروز هم شاهد ادعای شرکت هایی نظیر Zapata در زمینه کاهش قابل توجه هزینه ها در کنار افزایش چشمگیر کیفیت محصولات با استفاده از شبیه سازی های مولکولی مزیت کوانتومی در آینده ای نزدیک در بازار هستیم.این داستان برای خودروسازان ، تولیدکنندگان هواپیما و سایر افرادی که محصولاتشان مطابق دینامیک سیالات محاسباتی طراحی شده یا می توانند طراحی شوند ، مشابه است. این شبیه سازی ها در حال حاضر با ناتوانی کامپیوترهای کلاسیک در مدل سازی رفتار سیال در سطوح بزرگ ( حداقل در مقیاس زمانی عملیاتی) و در نتیجه نیاز به نمونه سازی فیزیکی گران و پر زحمت اجزاء، از پیشرفت بازمانده است.شرکت Airbus در این میان به دنبال راهکاری نوین است. این شرکت در سال 2019 چالشی را برای ارزیابی نحوه محاسبه کوانتومی یا حتی جایگزینی آن با سایر ابزارهای محاسباتی با عملکرد بالا که امروزه سنگ بنای طراحی هواپیما را تشکیل می دهند ، آغاز کرد.فاز سوم؛ تاب آوری خطاتاب آوری خطا یا عیب‌تابی (Fault Tolerance) ویژگی ای است که سامانه را قادر می‌سازد تا با به وجود آمدن اشکال(یک یا چندین اشکال) در اجزایش، به صورت صحیح به کار خود ادامه دهد.تا رسیدن به این فاز دهه ها فاصله داریم. دستیابی به تحمل خطا در مقیاس کامل ، مستلزم آن است که سازندگان فناوری کوانتومی بر محدودیت های فنی اضافی ، از جمله مشکلات مربوط به مقیاس و پایداری ، غلبه کنند. اما به محض رسیدن به این نقطه ، ما انتظار داریم که کامپیوترهای کوانتومی مقاوم در برابر خطا ، طیف وسیعی از صنایع را تحت تأثیر قرار دهند. آنها می توانند آزمون و خطا را به میزان قابل توجهی کاهش دهند و اتوماسیون را در بازار مواد شیمیایی تخصصی بهبود بخشند، استراتژی های تجاری فرکانس بالای پرریسک در امور مالی را ممکن کنند، و حتی کشف داروهای مبتنی بر فناوری شبیه سازی کامپیوتری سامانه های زیستی (in silico) را که کاربردهای وسیعی در پزشکی شخصی سازی شده (personalized medicine) دارند سرعت بخشند. با این اوصاف تعجبی ندارد اگر ارزش آفرینی این فناوری طی مدت کوتاهی رشد عظیمی داشته باشد.در صنایع مورد تجزیه و تحلیل ، پیش بینی می شود این فناوری منجر به افزایش درآمد عملیاتی از 450 میلیارد دلار تا حدود 850 میلیارد دلار تا سال 2050 (با تقسیم تقریباً مساوی بین جریانهای افزایشی درآمد سالانه و بازده هزینه های مکرر ) شود.به این ترتیب دلایل اهمیت تکنولوژی کوانتومی را بررسی کردیم، تا حدودی با کاربردها، مزایا و مراحل رشد آن آشنا شدیم.برای تصمیم گیرندگان امروزی شناسایی به موقع فرصت های بالقوه صنعت حایز اهمیت است؛ اینکه کامپیوترهای کوانتومی چه مسایلی را حل می کنند ، کی و چگونه این ارزش آفرینی محقق می شود و چگونه می توانند سازمان خود را در این رقابت پیشتاز کنند. آیا امروز سرمایه گذاری در فناوری کوانتومی تصمیمی هوشمندانه است؟در همین راستا شاید جالب باشد بدانیم چه دولت هایی سرمایه گذاری عمده ای در این تکنولوژی داشته اند. چین پیشرو سرمایه گذاری تحقیقاتی و صنعتی و در ادامه ایالات متحده، آلمان، روسیه، هند و به طور کلی اتحادیه اروپا کشورهایی هستند که بودجه های قابل توجهی اختصاص داده اند به طور مثال آمریکا در سال 2018 تخصیص بودجه ای 1.2 میلیارد دلاری را در راستای تحقیقات 5 سال آینده این تکنولوژی تصویب کرد. در سال 2019 اتحادیه اروپا بودجه ای 1 میلیارد یورویی برای 10 سال آینده اختصاص داد و در نهایت هندوستان با اعلام یک فوریت ملی در راستای تخقیقات کوانتومی و کاربردهای آن در 5 سال پیش رو با تخصیص بودجه ای مطابق با 1.1 میلیارد دلار به جمع رقبای این تکنولوژی پیوست. در اکتبر 2019 اولین نمونه کامپیوتر کوانتومی در روسیه رونمایی شد، در حالیکه سازمان تحقیقاتی Fraunhofer-Gesellschaft در آلمان همکاری خود را با شرکت IBM در راستای تحقیقات پیشرفته آغاز کرد.در مقیاس بعدی، شرکت ها مدنظر هستند. اولین گام برای شرکت ها انجام ارزیابی تشخیصی برای تعیین تأثیر احتمالی محاسبات کوانتومی بر شرکت یا صنعت آنهاست و سپس ، در صورت لزوم ، توسعه یک استراتژی مشارکت ، به طور ایده آل با ارائه دهنده متخصص فناوری ، برای شروع فرایند یکپارچه سازی قابلیت ها و راه حل هاست. اولین بخش تشخیص ، خود-ارزیابی شرکت از چالش های فنی و استفاده از منابع محاسباتی است که به طور ایده آل شامل بخش های تحقیق و توسعه و هم چنین بخش های عملیاتی شامل بخش مالی و استراتژی است تا به نوعی راهگشای توسعه شرکت باشد و دیدگاهی کامل از آنچه در نهایت بحثهای بسیار فنی خواهد بود، ارایه دهد. در این مرحله باید به پرسش هایی بنیادین در راستای اهداف شرکت پاسخ داد؛ اینکه شرکت چقدر به منابع پیچیده محاسباتی وابسته است، آیا موانعی در حل مسایل شبیه سازی و بهینه سازی در پیشبرد اهداف شرکت وجود دارد، آیا منابع مالی و عملیاتی شرکت صرف راهکارهایی ناکارآمد شده است، آیا مشکلات پیشروی شرکت در فهرست کاربردهای مزیت کوانتومی پیش بینی شده است (شکل-1) ؟ اگر پاسخ مثبت است گام بعدی تشخیص تاثیر کوانتوم (IQ) است که دارای دو جزء است. اولین مورد اندازه گیری چالش های فنی حل نشده شرکت و راه حل های محاسباتی کوانتومی بالقوه است که انتظار می رود با گذشت زمان توسعه یافته و تکمیل شوند. در واقع هدف، تجسم ارزش بالقوه راهکارهایی است که فرصت های از دست رفته در آمدزایی- که با تاخیر وارد بازار شده اند- و ناکارآمدی هزینه ها را برطرف می کند.جزء دوم، ارزیابی فروشندگان است. با توجه به ماهیت در حال تغییر اکوسیستم محاسبات کوانتومی ، یافتن شریک یا ارائه دهندگان شریک مناسب بسیار مهم است ، به عبارتی شرکت هایی که در زمینه وسیع ترین مجموعه چالش های فنی که با آن روبرو هستید ، تخصص دارند. برخی از انواع مشارکت ها می تواند رویکردی محتاطانه برای ورود به این فناوری باشد، یک استراتژی کم خطر و کم هزینه که به شرکت ها این امکان را می دهد تا بفهمند که چگونه فناوری بر صنعت آنها تأثیر می گذارد و مهارت ها و خلاءهای فناوری اطلاعات مورد نیاز برای پر کردن آنها را تعیین می کند و حتی نقش موثری در شکل گیری آینده محاسبات کوانتومی ایفا می کند. مشارکت در حال حاضر به الگوی منتخب اکثر فعالیت های تجاری این حوزه تبدیل شده است. از جمله همکاری های ایجاد شده تا کنون میتوان به توسعه مشترک JPMorgan Chase و IBM در راستای راه حل های مربوط به ارزیابی ریسک و بهینه سازی سبد سهام، پروژه مشترک فولکس واگن و گوگل در زمینه توسعه باتری خودروهای برقی و همکاری اداره برق و آب دبی با مایکروسافت برای توسعه راهکار های بهینه سازی انرژی اشاره کرد.محاسبات کوانتومی هنوز در مراحل اول توسعه است، با این وجود سرمایه های تحقیقاتی بسیاری به این تکنولوژی اختصاص داده شده است. اگرچه سهام محاسبات کوانتومی خالص( pure-play) هنوز کمیاب است ، سرمایه گذاری در غول های فناوری که نگاهی بر این فناوری دارند(شکل-2) چشم انداز درخشانی ترسیم می کند.شکل 2 -برترین سهام های محاسبات کوانتومی طبق پیشنهاد وبسایت fool اگرچه این فرآیند چند سال آینده کند خواهد بود: پیش بینی می شود ارزش آفرینی برای کاربران نهایی در این بخشها به طور متوسط تا سال 2024 به 2 تا 5 میلیارد دلار برسد.طبق پیشبینی ها بازار محاسبات کوانتومی تا سال 2030 به ارزش 64.98 میلیارد دلار میرسد که در مقایسه با ارزش 507.1 میلیون دلاری سال 2019 با نرخ رشد مرکب سالانه(CAGR) در حدود 56% (پیشبینی 2020-2030) مواجهیم.سرمایه گذاری در این فناوری با دو رویکرد قابل اجرا است؛ شما می توانید سهام های شرکت های فعال این حوزه را به طور مستقل خریداری کنید یا در صندوق های سرمایه گذاری قابل معامله Defiance Quantum ETF (QTUM) سرمایه گذاری کنید تا از سوددهی شرکت هایی که در حال توسعه و استفاده از محاسبات کوانتومی و سایر فناوری های پیشرفته هستند بهره ببرید. QTUM که در آوریل 2018 راه اندازی شد ، راهی آسان ، کم هزینه و کارآمد برای سرمایه گذاری در این فناوری است.این صندوق شاخص BlueStar Quantum and Machine Learning را دنبال می کند ، که تقریباً 60 سهام در فهرست جهانی را در کل مارکت کپ دنبال می کند. این شاخص شامل مجموعه سهام تعدیل شده از سهام شرکتهایی است که محصولات یا خدمات آنها عمدتا با توسعه محاسبات کوانتومی و فناوری یادگیری ماشین مرتبط است.کلام آخراگرچه ممکن است سالها طول بکشد تا سرمایه گذاری در یک استراتژی کوانتومی شروع به بازدهی کند ، اما درک نکردن تأثیر آینده محاسبات کوانتومی در صنعت در بهترین حالت یک فرصت از دست رفته و در بدترین حالت یک اشتباه جبران ناپذیر است. شرکت هایی که امروز در حاشیه هستند و تصور می کنند بتوانند بعدها در موقعیتی مناسب تر وارد شوند، در آینده ای نزدیک خود را بازنده می بینند و با اختلافی قابل توجه از بازی عقب خواهند ماند.در حالی که محاسبات کوانتومی هنوز در بین شرکت ها، سرمایه گذاران و جامعه رایج نیست ، تلاش برای استفاده از پتانسیل آن ادامه دارد و پیشرفت مداوم آن در حال کاهش فاصله بین آزمایشگاه های تحقیقاتی و برنامه های کاربردی در دنیای واقعی است، از این رو پیشتازی در آن می تواند بازده چشمگیری در دهه های آینده داشته باشد.منابعNasdaq: Daily Stock Market Overview, Data Updates, Reports Boston Consulting GroupStock Investing Advice | Stock Research سارا.چسارا.چTue, 05 Oct 2021 21:14:31 +0330https://virgool.ir/@charmchisara/کدنویسی-کوانتومی-h92ackreizbwنگاهی به مفهوم کامپیوتر کوانتومی و نوشتن اولین کدهشدارمطالب جامع و بدرد بخور در مورد کامپیوترهای کوانتومی ، فیزیک کوانتوم و ... توی اینترنت به وفور پیدا میشه که در انتها چند تا معرفی خواهم کرد. هدف از این نوشته به اشتراک گذاری مفاهیم در قالبی ساده از نگاه یک فیزیک خونده به دنیای علوم کامپیوتره. پس اگر به دنبال آشنایی با دنیای درهم تنیده محاسبات کوانتومی به روش من هستید خوش اومدید.ضمنا محاسبات کوانتومی به طور کلی شاخه ای پیچیده و پیشرفته در فیزیک هست و اینجا قصد نداریم عمیقا وارد موضوع بشیم. اما آشنایی کلی با مفاهیم فیزیک و ریاضی از واجباته و البته پایتون.کامپیوتر کوانتومی چیست ؟بیشترین چیزی که در تعریف کامپیوتر های کوانتومی شنیدیم آن است که این کامپیوترها ماشین هایی هستند که به جای بیت ها با کیوبیت ها کار میکنند . می دانیم که بیت در تعریف متعارف ترانزیستوری است که ولتاژ بالا یا پایین را ثبت می کند یعنی یک یا صفر. در سال های اخیر با پیشرفت تکنولوژی ما بیت هایی داریم که در نزدیکی سایز اتم ها هستند که مطلقا باورنکردنی است.مهندسان همیشه در تلاشند تا این عناصر اولیه را کوچک و کوچک تر بسازند از vacuum tubes گرفته تا ترانزیستورها و حتی ترانزیستورهای کوچک تر بر روی مدارهای مجتمع؛ اما چرایی این ماجرا به سه دلیل عمده ختم می شود :در یک حجم ثابت با داشتن عناصر اولیه کوچکتر می توان حالات بیشتری داشتعناصر کوچک اینرسی کوچک تری دارند به عنوان مثال در ابزارهای الکترونیکی این اینرسی ، ضریب خودالقایی است که هرچه رسانای الکتریکی کوچکتر باشد این ضریب کوچکتر خواهد بود در نتیجه می تواند حالات را با سرعت بیشتری عوض کند و در نهایت سرعت محاسبات افزایش می یابد.ضمنا وقتی رساناها کوچک تر باشند با اینرسی کوچک تر ، انرژی کمتری اتلاف می شود که بسیار اهمیت دارد.امروزه کامپیوترهای کلاسیک به این مرز رسیده اند. عناصری با اساس نانومتری که p-n junction هستند و تنها 200 برابر بزرگتر از اتم هیدروژن هستند. این بدین معناست که این تشکیلات مینیاتوری یک حدی دارد. نمی توانیم p-n junction را روی یک اتم یا یک مولکول پیاده سازی کنیم بنابراین برای افزایش قدرت محاسباتمان باید چیز دیگری به جز p-n junction یا ترانزیستورها پیدا کنیماین راه دیگر، باید به اندازه اتم کوچک و حتی کوچک تر باشد اما در حداقل مقیاس ها می توانیم این اثرات کوانتومی را نادید بگیریم بنابراین کامپیوترهای نسل جدید باید این اثرات کوانتومی را بکار گیرند و به نظر می رسد نسل بعدی کامپیوترها راهی ندارند جز آنکه کوانتومی باشند.بیت کوانتومی یک دستگاه کوانتومی دو حالته است. موارد بسیاری می توانند به عنوان کیوبیت بکارگرفته شوند مانند قطبش افقی و عمودی فوتون و یا اسپین بالا و پایین الکترون. اما با توجه به مفهوم دیرینه بیت در ذهن ما ، منظور ازآنکه کیوبیت می تواند حالت صفر یا یک و یا هر دو را داشته باشد چیست؟چون کیوبیت ها دو ویژگی منحصر بفرد دارند.برهم نهی (Superposition) : حالت کیوبیت پیش از اندازه گیری می تواند در برهم نهی ای از حالات باشد اما پس از اندازه گیری به یکی از حالات ممکن فروپاشی میکند.دهم تنیدگی (Entanglement) : زمانی که حالت یک کیوبیت ارتباط تنگاتنگی با کیوبیت دیگر دارد. وقتی دو کیوبیت در هم تنیده باشند هر تغییری در یکی از کیوبیت ها بطور همزمان در کیوبیت دیگر ، فارغ از فاصله شان ، ایجاد می شود. دو عبارت "همزمان" و "فارغ از فاصله" باعث شد انیشتین آن را حرکت شبح وار بنامد. مفهومی که به نظر می رسد قوانین بسیاری را نقض کند مانند تبادل اطلاعات با سرعتی بیش از سرعت نور ! ( مفهوم non-locality) .اگر قبول کنیم که همه ی این ویژگی های غریب در طی سال ها اثبات شده اند می توانیم وارد بحث بکارگیری این مفاهیم در تکنولوژی شویم در غیر اینصورت یک پست جداگانه خواهیم داشت.کامپیوترهای کوانتومی چه مشکلاتی را حل می کنند ؟پیش از هر چیزی باید بدانیم کامپیوترهای کوانتومی جایگزین کامپیوترهای کلاسیک (کامپیوتری که توی خونه اغلب ما هست) نمی شوند. این کامپیوتر ها در کنار کامپیوتر های کلاسیک هستند و برای حل مشکلاتی که کامپیوتر های کلاسیک نمی توانند (یا آنقدر زمان برند که عملا نمی توانند ) حل کنند، ایجاد شدند. همانطور که خواهیم دید ، ما بواسطه کامپیوتر کلاسیک به طور نمونه یک مدار کوانتومی را به کامپیوتر کوانتومی ارایه می کنیم و کامپیوتر کوانتومی با اجرای چند عملیات روی مدار مذکور ، گزارش نهایی را بواسطه بیت های کلاسیکی به ما بر می گرداند.کامپیوترهای کوانتومی در حل مشکلاتی که به طور نمایی گسترده می شوند بهترین گزینه هستند. مسایلی مانند مشکلات حوزه ی حمل و نقل مثل برنامه ریزی بهترین مسیر باربری و یا موضوعاتی مانند برنامه ریزی شرکت های عظیم که هر گزینه به شاخه های متعدد و فرصت ها و انتخاب های گوناگون گسترش پیدا میکند . ممکن است همچنان مبهم بنظر برسد پس یک مثال شهودی را در نظر بگیریم : فرض کنید می خواهیم یک مراسم بزرگ در یک نشست استراتژیک را برنامه ریزی کنیم که لازم است افراد کنار هم در شرایط مناسب و مود مناسب جای داده شوند. برای شروع فرض کنید یک میز با 5 صندلی دارید. چه ترکیباتی می توانید داشته باشید ؟ میدانیم این ترکیب می تواند 5*4*3*2*1 باشد یا فاکتوریل 5 ، به عبارتی یعنی 120 ترکیب ممکن.اگر یک صندلی اضافه کنیم چه خواهد شد ؟ به سادگی به فاکتوریل 6 می رسیم یعنی 720 به عبارتی تنها با اضافه کردن یک جایگاه این ترکیب رشد قابل توجهی کرد. حالا اگر 10 صندلی داشته باشیم ؟ 3628800 ترکیب !به نظر می رسد نزدیک ترین مثال واقعی و شهودی کاربرد کامپیوترهای کوانتومی همین مدل سازی باشد. کامپیوترهای کلاسیک به ندرت قادر به شبیه سازی یک مولکول هستند و این ضعف به همان گستردگی حالات ممکن برمی گردد بنابراین کامپیوترهای کلاسیک در شبیه سازی های شیمی (و در نهایت داروسازی) آنچنان قابل اعتماد نیستند. و این روزها ما به دانشی از کامپیوترهای کوانتومی رسیدیم که به خوبی قادر است مولکول های بسیاری را مدل سازی کند و این دانش روز به روز پیشرفته تر می شود.اما کامپیوترهای کوانتومی چگونه می توانند بطور بنیادی حالات بیشتری را محاسبه کنند ؟ پاسخ در ویژگی ذاتی کیوبیت ها یا بیت های کوانتومی و تفاوت بنیادی آن­ها با بیت های کلاسیک است. n حالت کلاسیک از حاصلضرب 2 که شامل بیت های صفر و یک است در n که تعداد بیت هاست بدست می آید اما در حالت کوانتومی ، n حالت کوانتومی از توان n ام 2 بدست می آید و این رشد نمایی تعداد حالات کوانتومی ویژگی­ای است که می تواند امکان ها و فرصت های مختلف را محاسبه کند و در بهینه سازی های سنگین محاسباتی بکارگرفته شود.در تعریفی ساده تر از تفاوت این دو کامپیوتر می توان گفت :کامپیوترهای کلاسیک می توانند احتمال را تخمین زده و ترکیب کنند اما به راستی نمی توانند دقیق باشند و در اغلب موارد هرگر نمی توانند با موارد احتمالات کار کنند ، مگرآنکه شما کل محدوده احتمالات را در یک حافظه بگنجانید ، به این ترتیب بسیار به نتیجه دلخواه نزدیک می شود اما دوباره دردسر بزرگتری پیش می آید. فضای احتمالاتی با اضافه کردن متغیرها گسترش پیدا می کند ! اما کامپیوترهای کوانتومی به راحتی تعداد بسیاری از مولکول ها را مدل سازی می کنند و منحصرا بسیاری از آزمایشات ناممکن شیمی را ممکن می کنند و در نهایت به تحقیقات سرعت می دهند.با این تفاسیر شاید خرید این به اصطلاح معجزه علمی به ذهن هرکس برسد !مطلقا فکرش را هم نکنید ؛ تخمین ها نشان می دهد یک کامپیوتر کوانتومی حداقل قیمتی بین 10 میلیون دلار تا 100 میلیون دلار دارد ، و اگر بیشتر هم نباشد به پرسنل و تجهیزات نگهداری منحصربفردی نیاز دارد. به عنوان مثال DWAVE یک کامپیوتر کوانتومی با قیمتی بالغ بر 15 میلیون دلار به فروش رسانده است. و تفاوت قیمت کامپیوتر این شرکت با شرکت هایی نظیر IBM و Google در تعداد کیوبیت های آن است و البته روش های انحصاری هرکدام در تولید .اخیرا در کنفرانس Qubits 2020 شرکت DWAVE، از کامپیوتر کوانتومی جدیدی با حدود 5000 کیوبیت رونمایی شد که ادعا می کند اولین کامپیوتر کوانتومی طراحی شده ویژه بیزنس است و حاصل بیش از 10 سال پژوهش است. و همچنین ارایه سرویسی در فضای ابری که طراحی ای به مراتب جالب تر دارد. هرچند تمام این تبلیغات گسترده در مورد کامپیوتر های کوانتومی نباید شما را به اشتباه بیندازد، هنوز تا رسیدن به ظرفیت واقعی کاربرد این کامپیوترها راه بسیاری باقی مانده است.اگرچه این دلایل به معنی عدم دسترسی یک محقق به کامپیوترهای کوانتومی نیست ! شرکت های بسیاری از جمله IBM ، Google ، Microsoft و DWAVE این کامپیوترها را به طور رایگان در فضای ابری در اختیار عموم قرار داده اند و البته حتما در آینده این دسترسی ها گسترده تر خواهد شد. در ادامه خواهیم دید که چطور می توان در عرض چند دقیقه بواسطه فضای ابری به کامپیوتر کوانتومی IBM دسترسی پیدا کرد و اولین کد کوانتومی را اجرا کرد .طراحی منحصربفرد کامپیوتر کوانتومی IBMمشهور به طراحی مونالیزا جزو مشهورترین کامپیوترهای کوانتومی تجاری سازی شده معرفی شده به جهان است ( اگرچه ابداع اولین کامپیوتر کوانتومی در جهان متعلق به دانشگاه MITشامل دو کیوبیت است -سال 1998) بنا به اظهار نظر طراحان این کامپیوتر امید است که خلق چیزی زیبا باعث حفظ و احتمالاً افزایش علاقه به این فناوری شود. همچنین به مردم چیزی واقعی و ملموس برای تحسین می دهد. این مهم در حالی است که محاسبات کوانتومی در یک دوره تاریک تحقیق گیر کرده اند. کار به وضوح در حال انجام است - آزمایشات در حال انجام است و مقالات آکادمیک در حال انتشار است - اما بسیاری از مزایای این فناوری هنوز در سطح نظری است. به عنوان مثال ، کامپیوترهای کوانتومی رمزگذاری مالی را نقض نمی کنند یا همچنان شبیه سازی های پیچیده هواشناسی را آنطور که سال ها ادعا می شد به زودی محقق می شود، اجرا نمی کنند. اگر با آخرین تحقیقات همگام نیستید ، دشوار است که بفهمید محاسبات کوانتومی واقعی هستند یا تنها فانتزی پرهزینه محققان است. اگرچه استفاده از این کامپیوترها هنوز در سطح تحقیقات و توسعه است ،دنیای کاربردی آن ها همچنان بکر و در انتظار ذهن های خلاق است.کامپیوتر کوانتومی IBM ، که در یک آزمایشگاه تحقیقاتی در Yorktown Heights ، نیویورک نگهداری می شود.کیوبیت واقعی چیست و چگونه می توان یک کیوبیت واقعی را طراحی ، کنترل و اندازه گیری کرد؟ چیزی به نام کیوبیت واقعی وجود ندارد. تعریف کیوبیت در واقع دو سطح تخمینی است ، به عبارتی ما می توانیم دو سطح از یک سیستم بزرگتر را در نظر بگیریم و از ویژگی های آن به عنوان تعریفی از کیوبیت استفاده کنیم.گفتیم می توان از طریق فضای ابری به کامپیوتر کوانتومی دسترسی داشت. این مسیر را می توان در چند مرحله ترسیم کرد : از سیستم کامپیوتر کلاسیک (به عنوان مثال لپتاپ شما در منزلتان) به سیستمی در فضای ابری به یک سردکننده ( دمای بسیار پایین ) که درون این سرد کننده یک به اصطلاح لوستری از جنس طلا شامل سیم ها و لوله های متعدد و در پایین ترین نقطه این لوستر یک محفظه در پایین ترین دما است که تمام آنچه ما از یک کامپیوتر کوانتومی توقع داریم از همین بخش کوچک بدست می آید.جدید ترین کامپیوتر کوانتومی شرکت IBM موسوم به Q System Oneدرون محفظه مذکور چیپ کیوبیت های ابررسانا در دمای 15 میلی کلوین ( در حدود 273- درجه سلسیوس ) است. سطح می تواند از جنس سیلیکون یا هر دیوالکتریک دیگر باشد. روی سطح شامل تشدید کننده هایی از نوع مایکروویو موسوم به کیوبیت و تشدید کننده های بازخوانی کوانتومی است ( readout resonator – موجبرهای همصفحه ابررسانا) . این تشدیدکننده ها با تعریف کیوبیت شامل دو پد متالیک است که بوسیله یک القاگر بهم مرتبط اند و تصویری واقعی از کره بلوخ را ارایه می دهند. در ادامه خواهیم دید که این تعریف چیزی نیست جز یک نوسانگر مایکروویو یا به تعبیر ساده تر نوسانگر الکترومغناطیسی، نوسان میدان الکترومغناطیسی که بواسطه مدارها توصیف می شود مدارهایی که از فیزیک کلاسیک می شناسیم و اینبار جهشی خواهیم داشت به مدارهای کوانتومی و این دقیقا همان نقطه ای است که ویژگی های کوانتومی ظهور می یابند.روند کیوبیت از ایده تا واقعیت را می توان در سه گام توضیح داد؛ اول سطوح انرژی ( شامل کت صفر و کت یک) که مفهوم بنیادی اثرات کوانتومی درون آن نهفته است، دوم فضای هیلبرت ( کره بلوخ) که نمودی از کاربرد حالت های کوانتومی است و در نهایت ابر کوانتومی ( سردکننده در دمای بسیار پایین در حدود صفر مطلق ) که نمونه ای شهودی و ملموس از تکنولوژی است.مفهوم سطوح انرژی ( کت صفر و یک ) ریشه در مفهوم بنیادی فیزیک کوانتوم دارد. ابری از اتم ها را در نظر بگیرید. با برقراری اختلاف پتانسیل، ابر اتمی ( به عنوان مثال گاز H2 ) ملتهب شده و انتشار می یابد با اشکارسازی این موج بواسطه ی لنزها، روزنه و منشور و صفحه عکاسی ، خطوط طیفی موج اولیه تشکیل می شود . خطوط طیفی شامل رنگ های مختلف و گسسته برای هر اتم منحصربفرد خواهد بود. این تصویر متفاوت منجر به ایده ی فیزیک کوانتوم و رفتار متفاوت اتم ها با تعاریف فیزیک کلاسیک شد. خطوط طیفی گسسته نشان دهنده سطوح انرژی هر اتم است از حالت پایه به حالات برانگیخته. در نتیجه اتم تنها می تواند در فرکانس خاصی برانگیخته و منتشر شود. با ترسیم نمودار انرژی پتانسیل الکترون نسبت به شعاع اتم (فاصله الکترون تا هسته) می توان سطوح گسسته انرژی را بواسطه ایده فیزیک کوانتوم تشریح کرد.نمایش سطوح انرژی اتم با ترسیم نمودار انرژی اتماین سطوح انرژی نه تنها گسسته اند بلکه در فواصل خاص و نابرابر( ناهماهنگ- Anharmonic) تقسیم شده اند. یعنی اگر نور لیزر که فرکانس خاص و ثابتی دارد و از قضا این فرکانس ثابت با فرکانس برانگیختگی اول اتم برابر باشد را به اتم بتابانیم و منجر به برانگیختگی اتم از سطح پایه انرژی ( کت صفر) به سطح برانگیخته اول ( کت یک ) و انتشار شود ؛ با ادامه تابش لیزر، اتم به سطح بالاتری از انرژی نخواهد رفت چراکه هیچ فرکانس دیگری با فرکانس اولیه برابر نیست. با این تفاسیر بواسطه تابش لیزر، واکنش اتم تنها در سطح پایه و سطح برانگیخته اول یعنی دو سطح خواهد بود و این ویژگی ما را قادر می سازد تا این دو سطح را ایزوله کرده و به مفهوم کیوبیت دست یابیم. نکته مهم در این مرحله ایزوله کردن زیرفضای کیوبیت از هرگونه نوفه یا نوسانات دمایی محیط برای حفظ وادوسی کوانتومی و سایر ویژگی های کوانتومی است در نهایت می توان کنترل و بازخوانی کوانتومی را تحقق بخشید.در نظر داشته باشیم که هیچ حالت دو سطح واقعی ای وجود ندارد و در دنیای اتم ها همیشه بیشتر از دو سطح انرژی داریم و تنها با تمرکز روی دو سطح اولیه و حفظ سطوح از اثرات اتلافی محیط به اثرات کوانتومی می رسیم. چنین پیچیدگی هایی منجر به علاقه محققین به دنیای ابررساناها شده است .هر چند اتم ها ویژگی های منحصربفردی دارند اما همین ویژگی ها کنترل و نظارت بر نتیجه نهایی را پیچیده می کند بنابراین محققین به مهندسی اتم های مصنوعی روی آورده­اند. اتم های مصنوعی در قالب مدارها با القاگر و خازن ها طراحی می شوند. انتخاب نوع القاگر و خازن در طراحی مدل بسیار حایز اهمیت است. اگر از القاگر خطی استفاده کنیم ، نمودار انرژی سهمی وار ما از نوع نوسانگر هماهنگ خواهد بود که سطوح انرژی برابر ایجاد می کند بنابراین نمی توان دو سطح اولیه را کنترل کرد پس از القاگر غیر خطی استفاده می کنیم که سطوح انرژی نابرابر و بسیار شبیه به اتم حاصل می شود.پس به طور خلاصه مسیری که از ایده اولیه فیزیک کوانتوم تا تحقق عملی آن داریم شامل : ابتدا تفسیر مفهوم کیوبیت ها در قالب یک سیستم دو سطحه ، سپس شبیه سازی اتم ها با استفاده از نوسانگرهای ناهماهنگ ، طراحی مدارهای کوانتومی با بکارگیری القاگرهای غیر خطی و در نهایت طراحی عملی تشدید کننده ها در مفهوم فیزیکی کیوبیت های ابررسانا در دمای صفرمطلق بر سطح دیوالکتریک می باشد.تشریح دقیق طراحی سخت افزار کامپیوترهای کوانتومی مبحث جذاب اما گسترده ای است که در این بحث نمی گنجد. فعلا همینقدر که بدانیم ارتباط بین کد زدن ما و تاثیرات کوانتومی چطور ایجاد می شود کافی است.از بیت به کیوبیتتا اینجا در حد معقولی با مفهوم فیزیکی کیوبیت آشنا شدیم و دریافتیم که چگونه می توان در معنای واقعی یک کیوبیت داشت ، حال نوبت به تعریف ریاضی کیوبیت رسیده است تا به این ترتیب بتوان دید روشنی در گذر از بیت ها به کیوبیت ها در کدنویسی بدست آورد.گفتیم بیت کلاسیک حالات صفر یا یک دارد اما در حالت کوانتومی علاوه بر صفر و یک می توانیم برهم نهی ای از حالات صفر و یک را داشته باشیم. در فیزیک کوانتوم برای ساده تر کردن کار با بردارهای پیچیده از نشانه گذاری دیراک استفاده می کنیم: کت صفر و کت یک|0⟩ and |1⟩ برای دستکاری بیت های بنیادی ، آنها باید توسط گیت های منطقی(Logic Gates) تغییر شکل دهند به عبارتی بیت ها را به یک مقدار دیگر بچرخانند یا اجازه دهند آنها همانطور که هستند بمانند. برخی از نمونه های معروف گیت های منطقی عبارتند از AND، OR، NOT، XOR و NAND. کیوبیت ها بواسطه ی گیت های کوانتومی تغییر می کنند که حالت کیوبیت را بنا بر عملکرد گیت کوانتومی دلخواه به حالتی دیگر نگاشت می کند. در ابتدا ممکن است مبهم به نظر برسد ، اما گیت های کوانتومی عملا گیت های منطقی کلاسیک هستند که به جای بیت های سنتی بر روی کیوبیت ها عمل می کنند. گیت های کوانتومی متداول شامل : Hadamard ، Pauli-X و Controlled NOT هستند. در نهایت نوبت به اندازه گیری می رسد. اندازه گیری نوع خاصی از عملیات است که در انتهای مدار بر روی کیوبیت ها انجام می شود تا مقادیر نهایی کیوبیت پس از انجام عملیات بدست آید. در مقایسه با گیت های فوق ، عملیات اندازه گیری غیرقابل برگشت است و از این رو ، یک گیت کوانتومی نیست. می دانیم وقتی ناظری به چیزی که در ابتدا در یک برهم نهی از حالات بوده نگاه می کند ، واقعیت به یکی از نتایج سقوط می کند. به طور مشابه ، تابع اندازه گیری یک ناظر است و مقادیر کیوبیت تحول یافته را می گیرد و آنها را به عنوان بیت های خروجی نهایی که دقیقاً 1 یا 0 هستند ارایه می دهد.اولین کد کوانتومی !رسیدیم به بخش جذاب دسترسی به کامپیوتر کوانتومی واقعی. فرض بر این است که با مفاهیم اولیه زبان پایتون آشنا باشید و روی سیستم تان نصب باشد. و البته با ژوپیتر نوت بوک (Jupyter) همه چیز آسان تر خواهد بود.اگر احیانا تا به حال با ژوپیتر نوت بوک کار نکرده اید اینجا می تونه مقدمه خوبی باشه. ابتدا پیش نیازها و کتابخانه های اصلی را نصب کنید :pip install qiskit numpy jupyterlab matplotlib qiskit-ibmq-providerو در لینوکس:sudo pip3.7 install --upgrade --force-reinstall qiskit-ibmq-providerاگرچه در کامپیوترهای کوانتومی ما با کیوبیت ها سروکار داریم اما بواسطه ی بیت های کلاسیک مدل مداری مان را ارایه می کنیم. در کد نویسی کوانتومی تعریف مدار کوانتومی (Quantum Circuits) حکم “hello world” را در کد نویسی متداول دارد.import qiskit as q %matplotlib inline circuit = q.QuantumCircuit(2,2) # 2 qubits, 2 classical bits circuit.x(0) # "x" is a "not" gate. It flips the value. Starting value is a 0, so this flips to a 1. circuit.cx(0, 1) #cnot, controlled not, Flips 2nd qubit's value if first qubit is 1 circuit.measure([0,1], [0,1]) # ([qbitregister], [classicalbitregister]) Measure qubit 0 and 1 to classical bits 0 and 1سپس از تابع ()draw استفاده می کنیم تا مدل مداری مان را ترسیم کنیم :circuit.draw() # text-based visualization.در نتیجه :┌───┐ ┌─┐ q_0: ┤ X ├──■──┤M├─── └───┘┌─┴─┐└╥┘┌─┐ q_1: ─────┤ X ├─╫─┤M├ └───┘ ║ └╥┘ c_0: ═══════════╩══╬═ ║ c_1: ══════════════╩═ و نمایش واضح تر:circuit.draw(output="mpl") # matplotlib-based visualization. خروجی ترسیم مداری با دو کیوبیت و دو گیت و اعمال اندازه گیریبسیار خوب ، ما مدار کوانتومی خود را ساخته ایم. اکنون زمان اجرای مدار است. این یک آموزش محاسبات کوانتومی است ، بنابراین بیایید یک قدم جلو برویم و همین مدار کوچک را در کامپیوتر کوانتومی واقعی اجرا کنیم.در این مرحله باید وارد سایت IBM بشویم و یک حساب کاربری ایجاد کنیم اما در نظر داشته باشید که برای تایید حساب کاربری با خطای 403 یا در بهترین حالت عذرخواهی IBM در اجازه دسترسی شما به کامپیوترهای این شرکت مواجه می شوید و نام کشور عزیزمان در لیست تحریم های تکنولوژی این شرکت می درخشد. به لطف فیلترشکن ها یا سرور مجازی یا هر روشی که میدانید IP خودتان را عوض کنید و حساب کاربری تان را فعال کنید. با ورود به حساب کاربری وارد بخش My Account شوید ( گوشه سمت راست ) . در اینجا اطلاعاتی را می بینید که در ورود به فضای ابری کامپیوتر کوانتومی مورد نیاز است پس از قسمت copy token توکن مخصوص به حساب خودتان را کپی کنید.به فضای کد نویسی خودمان باز می گردیم و با داشتن توکن شخصی به کامپیوتر کوانتومی وصل می شویم:from qiskit import IBMQ IBMQ.save_account("TOKEN HERE") IBMQ.load_account() IBMQ.providers() provider = IBMQ.get_provider("ibm-q") با اجرای دستورات بالا به ترتیب توکن مان را ذخیره می کنیم، به کامپیوتر کوانتومی معرفی شده و وصل می شویم و در نهایت بک اند های مختلف ارایه شده توسط IBM را دریافت می کنیم و از تنوع ارایه شده شگفت زده می شویم !for backend in provider.backends(): try: qubit_count = len(backend.properties().qubits) except: qubit_count = "simulated" print(f"{backend.name()} has {backend.status().pending_jobs} queued and {qubit_count} qubits") این قسمت ممکن است گاهی زمان بر باشد اما در نهایت خروجی شبیه به این خواهید داشت :ibmq_qasm_simulator has 4 queued and simulated qubits ibmqx2 has 1828 queued and 5 qubits ibmq_16_melbourne has 8228 queued and 15 qubits ibmq_armonk has 13 queued and 1 qubits ibmq_athens has 7004 queued and 5 qubits ibmq_santiago has 3813 queued and 5 qubits ibmq_lima has 3 queued and 5 qubits ibmq_belem has 18 queued and 5 qubits ibmq_quito has 443 queued and 5 qubits simulator_statevector has 4 queued and simulated qubits simulator_mps has 4 queued and simulated qubits simulator_extended_stabilizer has 5 queued and simulated qubits simulator_stabilizer has 4 queued and simulated qubits پس یکی از بک اندها را بنابر نیاز و البته طول صف انتظار انتخاب می کنیم و اجرا می کنیم و با در نظر گرفتن خطاهای احتمالی تعدادی حدود 500 شات را انتخاب می کنیم تا به جوابی مناسب بعد از اندازه گیری برسیم ؛ توجه داریم که جواب نظری مسیله برای ما روشن است و اینجا کمتر کردن تفاوت جواب نظری و عملی مورد بحث است.from qiskit.tools.monitor import job_monitor backend = provider.get_backend("ibmq_lima") job = q.execute(circuit, backend=backend, shots=500) job_monitor(job)در چنین مرحله اجرایی ممکنه چند دقیقه در صف بمانید تا بطور موفقیت آمیز اجرا شود پس صبور باشید.در نهایت نوبت به ترسیم نتیجه می رسد. در مورد مدار دو کیوبیتی می دانیم 4 احتمال برای خروجی داریم شامل 00 ،11،01 و10 که با اجرای اندازه گیری به یک حالت نهایی منجر می شود، اما در حالت عملی این احتمال صددرصدی نیست یعنی :from qiskit.visualization import plot_histogram from matplotlib import style style.use("dark_background") # if using dark mode notebook result = job.result() counts = result.get_counts(circuit) plot_histogram([counts], legend=['Device'])ترسیم خروجی نهایی اندازه گیری مدار دو کیوبیتی و دو گیت در 500 شات در کامپیوتر کوانتومی واقعیمیبینیم که خروجی نهایی که در حالت نظری باید 11 می شد با احتمالات مختلف هر 4 احتمال را به عنوان خروجی ارایه کرده اما دلیل این تفاوت در چیست ؟ این اختلاف بدلیل وجود نویز استبه همین دلیل است که با انجام شات های متعدد به جواب درست نزدیک می شویم و اعتماد ما به احتمال بیشتر است همانطور که در بالا جواب 11 با اختلاف چشمگیری جواب ماست. حال یک قدم فراتر می رویم و مدار اولیه را با گیت Hadamard امتحان میکنیم و نتیجه جالب وجود برهم نهی کوانتومی را میبینیم:circuit = q.QuantumCircuit(2,2) # 2 qbits, 2 classical bits. circuit.h(0) # Hadamard gate, puts qubit 0 into superposition circuit.cx(0, 1) #cnot, controlled not, Flips 2nd qubit's value if first qubit is 1 circuit.measure([0,1], [0,1]) خروجی ترسیم مداری با دو کیوبیت و دو گیت و اعمال اندازه گیریجهت یادآوری دو کیوبیت داریم ، گیت H روی کیوبیت اول اعمال شده و بر هم نهی ای از حالات را ارایه میکند ، سپس گیت CNOT که کیوبیت هدف ( کیوبیت دوم) را تغییر داده اگر کیوبیت کنترل (کیوبیت اول ) 1 باشد. کیوبیت دوم 0 است و کیوبیت اول در برهم نهی ای از حالات است ، پس خروجی نهایی 01 و 10 نمی تواند باشد و برهم نهی از حالات 00 و 11 است؛ اما به طور عملی خواهیم داشت :ترسیم خروجی نهایی اندازه گیری مدار دو کیوبیتی و دو گیت در 500 شات در کامپیوتر کوانتومی واقعیطبق نتیجه می بینیم که هنوز 01 و 10 جزو احتمالات هستند که قطعا در اینجا نویز محسوب می شود اما احتمالات 00 و 11 با اختلاف چشمگیری بیشترین احتمالات هستند و این به هیچ وجه نویز نیست و طبیعت فیزیک کوانتوم را نشان می دهد.ترسیم خروجی نهایی در شبیه ساز کوانتومیاگرچه کار با بک اندها و کامپیوتر کوانتومی واقعی هیجان انگیز است اما در چنین سطحی و حتی سطوح بالاتر کار با کامپیوتر کوانتومی واقعی با وجود شبیه سازهای متعدد ارایه شده توصیه نمی شود چراکه اولا بسیار وقت گیر است دوما بهتر است وقت کسانی را که در حال تست نتیجه ساعت ها پژوهش و کد نویسی در شبیه سازها هستند را نگیریم. به عنوان مثال IBM فریمورک شبیه سازی با نام Aer را ارایه کرده که به راحتی می توان کدهای متعددی را در شبیه سازهایی نظیر qasm_simulator و statevector_simulator و unitary_simulator پیاده سازی کرد. نکته جالب توجه در مورد شبیه سازها همانطور که در بالا میبینید نبود نویز است، در حقیقت شبیه سازها ماشین های کوانتومی کامل و بدون نقص محسوب می شوند. آنچه امروز در دسترس است کامپیوترهای کوانتومی واقعی اما پر خطاست. می توان گفت نهایت آمال و آرزوهای محققین محاسبات کوانتومی تبدیل کارایی کامپیوترهای کوانتومی امروزی در حد کارایی شبیه سازهاست. پیشنهاد مطالعه کامل و جامع : کتاب : Quantum Computation and Quantum Informationمنابع مطالعاتی فریمورک Qiskit شرکت IBMدوره آنلاین دانشگاه MITبه نظر میرسه برای مقدمه و آشنایی اولیه کافی باشه. اگر تا اینجا حوصله کردید و خوندید سپاس گزارم و منتظر نظرات و پیشنهادات و یا احیانا سوالات تان هستم.سارا.چسارا.چTue, 13 Apr 2021 15:28:14 +0430