Программирование на квантовых компьютерах: какой язык учить?

Прямо сейчас в компьютерном мире происходит что-то удивительное. Если судить по последним разработкам, становится ясно, что мы уже находимся на пороге новой эры квантовых вычислений. Многочисленные проекции свидетельствуют о том, что мы реализуем повсеместное и полноценное использование квантовых компьютеров в течение примерно десяти лет.

А теперь хорошие новости. Квантовые компьютеры могут в огромной степени превосходить классические компьютеры. Мы можем только догадываться о том, какие невероятные изменения они принесут. Однако главная проблема заключается в том, что квантовые компьютеры работают по принципам, отличным от классических. 

JavaMentor
JavaMentor

В сердце квантовых вычислений лежит квантовая суперпозиция  —странный принцип, согласно которому частицы существуют в двух разных состояниях в одно и то же время. Квантовые компьютеры используют суперпозицию вместо битов, они используют кубиты. Бит  —  это обычно 0 или 1, а кубит может быть 0, 1 или и 0, и 1 одновременно. Взаимодействуют также другие принципы вроде запутанности или интерференции, которые дают квантовым компьютерам значительное преимущество.

Это существенное отклонение от конвенциональных методов вычислений означает, что современным программистам придется ускориться, чтобы преуспеть в квантовой реальности. На данный момент доступно не очень много учебных материалов по квантовому программированию. Большинство людей в этой отрасли задаются вопросов, на каких языках стоит сконцентрироваться, чтобы иметь преимущество в квантовую эпоху.

Другой сложностью является то, что только у некоторых компаний на данный момент есть квантовое оборудование. Однако системы облачных вычислений сделали возможным начать обучение квантовому программированию для кого угодно с подходящим компьютером. И угадайте, что? Это абсолютно бесплатно. Google, Microsoft, IBM и D-wave  —  все предлагают доступ к квантовому программированию без оплаты. Это бесценная возможность для любого желающего войти в новую эру.

Проще всего работать с платформой IBM. Можно начать с малого  —  запуска квантового компьютера в короткий промежуток времени.

Итак, прежде чем погрузиться в обучающие ресурсы, давайте обсудим несколько языков, которые сделают вас экспертом в квантовом программировании.

Python

Python остается номером один: простой в использовании, доступный, универсальный язык подойдет каждому, кто интересуется программированием. Даже люди, плохо знакомые с написанием кода, могут с ним сдружиться.

К нашему счастью, многие программные пакеты написанные для симуляции квантовых компьютеров или связи с ними устроены так, чтобы их можно было использовать с Python. Таким образом, понимание основ языка будет чрезвычайно полезно для квантового программирования.

Таким образом, для тех, кто хочет изучать квантовое программирование, Python  —  хороший способ начать. Из-за его популярности уже существует множество обучающих ресурсов. Python удобен для новичков, что делает его подходящим языком для понимания основных концепций информатики.

Qiskit

Qiskit  —  это IBM’s комплект разработки программного обеспечения с открытым исходным кодом (SDK) для работы с квантовыми компьютерами.

Qiskit упрощает разработку квантовых приложений, предлагая ресурсы, необходимые для взаимодействия с квантовыми системами и симуляторами. Qiskit подходит для конечных пользователей без опыта в квантовой разработке. С четырьмя пакетами Qiskit  —  Aqua, Terra, Ignis, и Aer  —  вы можете работать как с простыми, так и со сложными алгоритмами.

Если вы рассматриваете Qiskit, то доступны два варианта: можно либо запустить его локально, либо в облаке без установки какого-либо ПО, используя Компьютерную лабораторию IBM.

Cirq

Cirq  —  это основанная на Python библиотека программного обеспечения Google для написания, управления и оптимизации квантовых схем, а затем  —  их запуска на квантовых системах или симуляторах.

По состоянию на начало 2021 года Cirq работает над предложением доступа к одному из реальных квантовых компьютеров Google. Между тем, все еще можно создавать алгоритмы и схемы и тестировать их на квантовом симуляторе.

Google предлагает различные руководства, которые помогают новичкам перейти от нулевого к экспертному уровню квантовой симуляции с использованием Cirq.

Ocean

ПО Ocean  —  это набор инструментов, предоставляемых D-Wave для решения сложных задач с помощью квантовых компьютеров. Программное обеспечение выполняет вычисления, необходимые для преобразования случайных задач в форму, которую может решить квантовый компьютер. 

Важные обучающие ресурсы

Если вы хотите начать путешествие в мир квантовых вычислений, вот несколько ресурсов, которые могут пригодиться:

1. Документация для Forest и pyQuil

Этот обучающий гайд содержит руководства к SDK, включая pyQuil, компилятор Rigetti Quil и квантовую виртуальную машину.

Их облачные сервисы также предлагают пользователям точки доступа к вантовым компьютерам.

2. Документация для Ocean

Документация для Ocean знакомит обучающихся с базовыми концепциями установки и пользования инструментами Ocean простым и понятным способом. SDK включает многочисленные пакеты, полезные для квантового программирования.

3. Полное руководство пользователя IBM Q 

Полное руководство пользователя IBM Q позволяет создавать квантовые модели и приложения с помощью квантовой лаборатории IBM, интерфейса Jupyter, оптимизированного для Qiskit.

Невероятно, насколько просто разработать свою первую схему в квантовой лаборатории.

4. Заметки Джона Прескилла о квантовых вычислениях

Этот ресурс наиболее подробный, если речь идет о презентации концепций квантовых вычислений. Он знакомит обучающихся с физикой, лежащей в основе удивительных квантовых явлений перед тем, как углубиться в основы квантовых вычислительных моделей.

Это обязательно к прочтению для всех тех, кто хочет получить глубокие знания о квантовой программировании.

5. Туториалы Qiskit

В этом ресурсе содержится коллекция руководств Jupyter для тех, кто хочет использовать Qiskit для написания программ для квантового компьютера и их выполнения на онлайновых квантовых симуляторах. Он стремительно растет и приветствует вклад от онлайн-сообщества для улучшения качества ресурса.

Подождите, почему вы хотите изучать квантовое программирование?

Забавно, как быстро нас захватило безумие квантовых вычислений, хотя никто из нас еще даже не представляет, что квантовые компьютеры могут сделать или сделают для нас. Но в этом и заключается все веселье  —  обещание неограниченного потенциала, возможностей и перспектив.

С чем мы все можем согласиться  —  так это с тем, что знание о квантовых вычислениях даст преимущество первопроходца, когда этот вид вычислений приобретет масштабы. Так что не сидите на месте! Пользуйтесь преимуществом настоящего, чтобы насладиться изучением технологий будущего.

Читайте также:

Читайте нас в Telegram, VK и Яндекс.Дзен


Перевод статьи Leon Okwatch: Programming For Quantum Computers: Which Languages Should You Learn?

Предыдущая статьяСоветы по повышению производительности JavaScript
Следующая статьяМодификатор Kotlin, которого не должно было быть