مباحث پایه برنامه‌نویسی کامپیوتر و الگوریتم های کوآنتومی
تیم تحریریه- ۴ تیر ۱۴۰۱
اکنون که برنامه‌نویسان کوآنتومی در تلاش‌اند خود را با افزایش دسترسی‌پذیری کامپیوترهای کوآنتومی همگام نگه دارند، یک مطلب آموزشی جامع می‌تواند الگوریتم های کوآنتومی و پیاده‌سازی‌شان روی سخت‌افزارهای موجود را توضیح دهد.
آندری لوکوف، از متخصصان آزمایشگاه ملی لس‌آلاموس و نویسنده اصلی مقاله‌ای که این مطالب آموزشی را فراهم آورده است، توضیح می‌دهد: «نوشتن الگوریتم های کوآنتومی اساساً با نوشتن برنامه‌های کامپیوتری کلاسیک تفاوت دارد و مستلزم آشنایی با اصول کوآنتومی و ریاضیات زیربنایی آن‌هاست. مقاله ما به برنامه‌نویسان کوآنتومی کمک میکند، تا مسیر خود را در این حوزه کلید بزنند، حوزه‌ای که با توجه به رواج روزافزون کامپیوترهای کوآنتومی، گسترده‌تر هم خواهد شد.»
مقاله مذکور در ژورنال ACM Transactions on Quantum Computing منتشر شده و 20 الگوریتم کوآنتومی را (از جمله الگوریتم Grover برای جست‌وجوی دیتابیس‌ها و الگوریتم Shor برای فاکتورگیری از اعداد صحیح) مورد مطالعه قرار داده است. برنامه‌نویسان می‌توانند پیاده‌سازی الگوریتم‌ها روی کامپیوتر کوآنتومی متن‌باز 5 کیوبیتی IBMQX4 و کامپیوترهای دیگر را نیز بیاموزند. نویسندگان در مورد نتایج پیاده‌سازی الگوریتم های کوآنتومی صحبت کرده و تفاوت‌های بین اجرای شبیه‌سازی‌شده و اجرا روی سخت‌افزارهای واقعی را توضیح می‌دهند.
استفن ایدنبنز، متخصص ارشد رایانش کوآنتومی آزمایشگاه لس‌آلاموس و یکی از نویسندگان مقاله، می‌گوید: «مقاله، حاصل تلاش‌های مؤسسه فناوری و علم اطلاعات لس‌آلاموس بوده است که طی آن، حدود 20 نفر از کارکنان برای آموختن الگوریتم های کوآنتومی استاندارد و اجرای آن‌ها روی سیستم IBM داوطلب شدند.»
هدف از این برنامه، آماده‌سازی نیروی کار لس‌آلاموس برای عصر کوآنتومی بود. بدین منظور، کارکنانی که تجربه چندانی با کامپیوتر کوآنتومی نداشتند، آموزش‌های کافی برای پیاده‌سازی الگوریتم های کوآنتومی روی کامپیوتر کوآنتومی واقعی را دریافت کردند. نام این کارکنان، به همراه چندین دانشجو و متخصص، در فهرست بلند نویسندگان مقاله آورده شده است.
بخش اول مقاله مفاهیم پایه برنامه‌نویسی کوآنتومی را پوشش می‌دهد و به مباحثی از جمله کیوبیت و سیستم کیوبیتی، مفاهیم بنیادین برهم‌نهی و درهمتنیدگی و معیارهای کوآنتومی می‌پردازد؛ سپس به سراغ موضوعات عمیق‌تری همچون تبدیلات واحدی و دریچه‌ها، مدارهای کوآنتومی و الگوریتم های کوآنتومی می‌رود. بخشی که مربوط به کامپیوتر کوآنتومی IBM است، مجموعه‌ای از دریچه‌های موجود برای الگوریتم‌ها، دریچه‌های به کاررفته، نحوه اتصال کیوبیت‌ها، منابع نویز و خطاها را توضیح می‌دهد. در بخشی دیگر، انواع الگوریتم های کوآنتومی بررسی می‌شوند.
مقاله به 20 الگوریتم منتخب نیز می‌پردازد و با ارائه تعریف مسئله، گام‌های لازم برای اجرایشان روی IBM یا کامپیوترهای کوآنتومی دیگر را توضیح می‌دهد. قسمت منابع انتهای مقاله بسیار جامع است و به علاقه‌مندان کمک میکند مطالب مربوط به الگوریتم های کوآنتومی را به صورت عمیق‌تر بیاموزند.
جدیدترین اخبار هوش مصنوعی ایران و جهان را با هوشیو دنبال کنید
