Что нужно знать, чтобы начать заниматься квантовыми вычислениями

Несмотря на относительно старую технологию, только в последнее время квантовые вычисления привлекли к себе много внимания как индустрии, так и СМИ. Квантовые вычисления впервые появились ещё в 1980-х годах. Но есть несколько причин, по которым популярность этой технологии растёт именно сейчас.

За последнее время квантовые вычисления из чистой теории превратились в нечто практическое. Появились настоящие квантовые компьютеры, на которых можно запускать простые программы.

Более того, разные компании прилагают много усилий для повышения уровня знаний о квантовых вычислениях среди тех, кому это интересно.

Мы живем в эпоху технологий: они нас окружают. Как специалисты по обработке данных, мы ежедневно сталкиваемся с тем, что их объём увеличивается. Увеличение объёмов данных, которые необходимо обрабатывать, анализировать и очищать, дают шанс продемонстрировать, как квантовые технологии могут помочь преобразить науку о данных и многие другие научные области.

Проблема в том, что человек, занимающийся квантовыми вычислениями, спрашивая другого человека о том, почему он не хочет присоседиться к этой сфере, обычно слышит в ответ одно из двух:

1. Я недостаточно умён, чтобы присоединиться.

2. Это так сложно и нужно много знаний из математики, в которой я не разбираюсь/которую не люблю.

В этой статье я хочу поговорить с вами как человек, который пришёл в эту сферу недавно, чуть больше двух лет назад. Я хочу показать вам, что большинство проблем, мешающих вам окунуться в работу в сфере квантовых вычислений, на самом деле нерелевантные.

Я хочу показать, что конкретно нужно, чтобы заниматься квантовыми вычислениями. И я хочу рассказать, что начать заниматься квантовыми вычислениями не сложнее, чем заниматься наукой о данных или любой другой технической наукой.

Что же нужно, чтобы начать работу с квантовыми вычислениями

Я постараюсь рассказать, какие знания могут вам понадобиться для начала работы с квантовыми вычислениями в зависимости от ваших задач.

Например, если вы уже являетесь программистом или специалистом по обработке данных и хотите изучить, как квантовые методы могут преобразить вашу работу, вам вряд ли нужно сильно углубляться в физику или механику, которые для этого не пригодятся.

А если вы захотите изучить конструкцию кубитов и то, как они работают, вам понадобится больше знаний по физике и механике, чем по программированию и математике.

Программирование

Чтобы начать работу с квантовыми вычислениями, вам потребуется знание основ программирования. Уже существуют некоторые языки программирования, предназначенные только для квантовых компьютеров, но вам не нужно их знать на начальном этапе.

Одним из наиболее часто используемых языков программирования для существующих квантовых компьютеров является Python.

Если вы захотите попробовать запрограммировать квантовый компьютер, я бы посоветовал вам начать с инструментов с открытым исходным кодом на платформе Qiskit, разработанную IBM. Qiskit не только позволит вам запрограммировать реальный квантовый компьютер IBM, но и поможет вам без труда изучить многие квантовые концепции. После освоения квантовых концепций вы сможете попробовать изучить квантовый язык программирования.

Математика

Математика, наверное, занимает первое месте среди причин, которые отпугивают от квантовых вычислений. Не стану врать  —  в этой сфере математика нужна.

Но математика нужна и в других технических областях, таких как машинное обучение, искусственный интеллект и обработка естественного языка. Фактически, для некоторых из этих областей науки о данных нужна более сложная математика, чем для квантовых вычислений. Я знаю, звучит неправдоподобно, но это правда.

Основной раздел математики, позволяющий квантовым вычислениям творить чудеса,  —  это линейная алгебра. Всё в квантовых вычислениях  —  от представления кубитов и вентилей до функциональности схем  —  можно описать с помощью различных методов линейной алгебры.

Ещё один раздел математики, связанный с квантовыми вычислениями,  —  это основы теории вероятностей.

Всё. Линейная алгебра и теория вероятностей. Два раздела, связанные со всеми подразделами науки о данных и большинством современных технических областей.

Нельзя сказать, что по мере продвижения в этой области ничего не будет усложняться. Но разве так не во всех сферах?

Физика / механика

Внутренние функции квантовых вычислений, такие как запутанность и квантовая суперпозиция, являются чисто физическими явлениями. Определённые законы физики контролируют и объясняют, почему они происходят.

Однако внутренние функции классических компьютеров такие же. Вам не нужно точно знать, как работает оборудование вашего компьютера, чтобы с его помощью создавать крутые вещи. Вам нужно только знать, как им пользоваться.

Такая же логика применима к квантовым вычислениям. Чтобы быть разработчиком квантового программного обеспечения, вам только нужно узнать, как работает квантовый компьютер, а затем использовать его для создания собственных приложений.

Если вы собираетесь работать над созданием оборудования для квантовых вычислений, тогда вам действительно понадобится разобраться в физике и механике работы квантового компьютера.

То же самое необходимо, если вы хотите построить классический процессор или графический процессор. Вы должны разобраться в физике, которая позволяет этому оборудованию работать корректно.

Любопытство

На мой взгляд, любопытство  —  это самый важный элемент, необходимый для того, чтобы заниматься квантовыми вычислениями. Я знаю, что любопытство  —  это не какое-то знание, но о нём очень важно упомянуть.

Я занялся квантовыми вычислениями, потому что мне было любопытно, как они могут улучшить наши современные технологии. Как можно сделать что-то очень продвинутое ещё более продвинутым? Мне было любопытно узнать больше о квантовых вычислениях, потому что поначалу это звучало как научная фантастика, а не инструмент разработки.

У большинства моих коллег был такой же настрой при знакомстве с этой сферой. Людям свойственно тянуться к тому, что пробуждает фантазию. Нас увлекает то, что работает не так, как мы привыкли.

Именно любопытство привело ко всем существующим научным и техническим достижениям и ещё приведёт ко многим другим в будущем.

В заключение

Квантовые вычисления ничем не отличаются от любых других технических сфер. У них плохая репутация, просто потому что однажды слово «квантовый» приравняли к слову «сложный». Как только кто-то упоминает слово «квантовый», первое, что приходит вам в голову и приходило мне до недавнего времени: «О, это наверно очень сложно!». Поэтому я бы хотел сделать акцент на двух вещах.

Во-первых, если вы когда-нибудь решите заняться квантовыми вычислениями, сделайте это с таким же настроем, как если бы это была любая другая сфера. Во всех сферах есть сложные темы. В каждой своя скорость обучения: где-то выше, где-то ниже.

Во-вторых, дайте волю своему любопытству. Позвольте ему подтолкнуть вас к исследованиям и экспериментам в новых сферах. Могу заверить что, если у вас возникает любопытство к квантовым вычислениям, значит у вас достаточно умственных способностей для этого.

Вы достаточно умны, чтобы заниматься любой сферой, а не только квантовой. Поэтому не позволяйте слову «квантовый» запугать вас или помешать вам погрузиться в этот таинственный мир. Я здесь, чтобы сказать вам, что сейчас для этого лучшее время.

Читайте также:

Читайте нас в Telegram, VK и Яндекс.Дзен


Перевод статьи Sara A. Metwalli: Exactly What You Need to Know to Get Into Quantum Computing