Квантовий комп’ютер.

Джонстон Ерік Р., Мерседес Гімено-Сеговія, Ніколас Харріган

Квантові комп’ютери більше не є лише теоретичними пристроями. Вони також не є футуристичним монстром, інопланетною машиною, яка перетворить усе існуюче програмне забезпечення на якусь незрозумілу альтернативу. Квантові комп’ютери (QPU) стануть досить радикальним розширенням можливостей сучасної інформатики, що дозволить вирішувати раніше нерозв’язні проблеми. Існують важливі завдання, з якими QPU можуть справлятися дуже добре, і які було б неможливо вирішити на будь-якому стандартному обчислювальному пристрої. З іншого боку, QPU не справляється з багатьма стандартними обчисленнями набагато краще, ніж звичайний ноутбук. З точки зору програміста, це свого роду співпроцесор із цікавими можливостями.

Ось путівник у чудовий, ще не відкритий світ квантових обчислень. Щоб це зрозуміти, вам не потрібен ступінь доктора філософії з квантової фізики чи вищої математики. З цією книгою ви оволодієте набором понять, необхідних для розуміння того, як працює QPU, дізнаєтеся, які проблеми можуть вирішувати програми QPU, і навчитеся використовувати інструменти для написання програм для QPU. Представлені тут концепції багато проілюстровані прикладами, які можна легко запустити на безкоштовному симуляторі QCEngine. Також можна використовувати фізичні QPU (декілька прототипів QPU доступні в хмарі). Цікавою, хоча й трохи складнішою частиною посібника є розділ про використання квантових обчислень у машинному навчанні.

У цій книзі:

• концепції програмування квантового процесора
• кубіти, суперпозиція та квантові телепортації
• Примітиви QPU
• збільшення амплітуди, квантове перетворення Фур’є та оцінка фази
• приклади застосування QPU

QPU: зробіть перший крок до технологій майбутнього!

Про автора

Eric Р. Джонстон написав симулятор QCEngine. Він був дослідником квантової інженерії в Брістольському університеті та програмував кіноефекти для Lucasfilm. Він квантовий інженер, акробат і гімнаст.

Зміст

Вступ 9

1. Вступ 13

• Попередні умови 13
• Що таке QPU? 14
• Практичний підхід 15

  Початок QCEngine 15

  Власні інструкції QPU 17

  Обмеження симулятора 20

  Обмеження апаратного забезпечення 20

• QPU та GPU: загальні характеристики 20

ЧАСТИНА I. ПРОГРАМУВАННЯ ДЛЯ QPU

2. Один кубіт 25

• Короткий огляд фізичного кубіта 26
• Знайомство з круговою нотацією 29

  Розмір колеса 29

  Обертання колеса 30

• Перші операції QPU 31

  Інструкція QPU: НЕ 32

  Інструкція QPU: HAD 32

  Інструкція QPU: READ 33

  Інструкція QPU: WRITE 33

  Час тренування: ідеально випадковий біт 34

  Інструкція QPU: PHASE(?) 37

  Інструкції QPU: ROTX(?) і ROTY(?) 38

• КОПІЮВАТИ: відсутня операція 38
• Поєднання операцій QPU 39

  Інструкція QPU: ROOT-of-NOT 39

• Час попрактикуватися: Квантовий мисливець за шпигунами 41
• Підсумок 44

3. Кілька кубітів 45

• Кругова нотація для багатокубітових регістрів 45
• Рисування багатокубітового регістра 48
• Однокубітові операції в мультикубітах регістри 48

  Читання кубіта в багатокубітному регістрі 50

• Візуалізація більшої кількості кубітів 51
• Інструкція QPU: CNOT 52
• Час попрактикуватися: використання пар дзвіночків у випадковому розділенні 55
• Інструкції QPU: CPHASE та CZ 56

  Трюк QPU: відображення фази 57

• Інструкція QPU: CCNOT (ворота Тоффолі) 59
• In