IBM Quantum Experience
IBM Quantum Experience (раніше відомий як IBM Q Experience) - це онлайн-платформа, яка надає широкому загалу доступ до набору прототипів квантових процесорів IBM через хмару, Інтернет-форум для обговорення відповідних тем щодо квантових обчислень, набір навчальних посібників з програмування пристроїв IBM Q та інших навчальних матеріалів про квантові обчислення. Це приклад хмарних квантових обчислень. Станом на травень 2018 року на IBM Quantum Experience є три процесора: два 5-кубітових процесора та 16-кубітовий процесор. Цей сервіс можна використовувати для запуску алгоритмів та експериментів, а також для вивчення навчальних посібників та моделювання того, що може бути можливим за допомогою квантових обчислень. На цьому сайті також можна легко знайти список наукових робіт, опублікованих за допомогою використання IBM Quantum Experience у якості експериментальної платформи.
Розробник | IBM Research |
---|---|
Виробник | IBM |
Тип | Квантовий комп'ютер |
Початок випуску | травень 2016 |
Процесор | 2 5-кубітних, 1 16-кубітний |
Вебсайт | quantum-computing.ibm.com |
Квантові процесори IBM складаються з надпровідникових трансмонних кубітів, розташованих в рефрижераторі розчинення в штаб-квартирі IBM Research в Дослідницькому центрі Томаса Дж. Вотсона.
Користувачі взаємодіють з квантовим процесором за допомогою моделі квантової схеми, застосовуючи квантові вентилі на кубітах за допомогою GUI, що називається квантовим композитором, пишучи код мовою квантового ассемблера[1] або через Qiskit.[2]
Історія
У травні 2016 року IBM запустила IBM Quantum Experience,[3] з п’ятикубітовим квантовим процесором та відповідним симулятором, з’єднаним у формі зірки, з яким користувачі могли взаємодіяти лише за допомогою квантового композитора, з обмеженим набором двокубітових операцій, та посібником користувача, який передбачав досвід у лінійній алгебрі.
У липні 2016 року IBM запустила форум спільноти IBM Quantum Experience.
У січні 2017 року IBM внесла ряд доповнень до IBM Quantum Experience,[4] включаючи збільшення набору взаємодій з двома кубітами, доступними на п’ятикубітному квантовому процесорі, розширення симулятора до спеціальних топологій до двадцяти кубітів та надання можливості користувачам взаємодіяти з пристроєм та симулятором за допомогою коду квантової асемблерної мови.
У березні 2017 року IBM випустила Qiskit[5] щоб дозволити користувачам легше писати код та запускати експерименти на квантовому процесорі та симуляторі, а також ввела посібник користувача для початківців.
У травні 2017 року IBM надала додатковий 16-кубітовий процесор, доступний на IBM Quantum Experience.[6]
У січні 2018 року IBM запустила програму квантових премій, яку проводить в рамках IBM Quantum Experience.[7]
Квантовий композитор
Quantum Composer - це графічний інтерфейс користувача (GUI), розроблений IBM, щоб дозволити користувачам створювати різні квантові алгоритми або проводити інші квантові експерименти. Користувачі можуть бачити результати своїх квантових алгоритмів, запускаючи їх на реальному квантовому процесорі та використовуючи "одиниці виміру", або використовуючи симулятор. Алгоритми, розроблені в Quantum Composer, називаються "квантовою партитурою", тому що Quantum Composer нагадує нотний аркуш.[8]
У даний час IBM Quantum Experience містить бібліотеку, яка навчає користувачів користуватися Quantum Composer. Бібліотека складається з двох посібників: Посібник для початківців, Повний посібник користувача. У репозиторії github для Qiskit є додаткові навчальні посібники з використання машин IBM Quantum Experience, доступні з [qiskit.org].
Композитор також може використовуватися в режимі скриптів, де користувач може писати програми мовою QASM.
Приклад скрипта
Нижче наведено приклад на мові QASM дуже маленької програми, побудованої для 5-кубітного комп'ютера IBM. Програма доручає комп'ютеру генерувати стан, 3-кубітний стан Грінбергера–Горна–Цайлінгера, який можна розглядати як варіант стану Белла, але з трьома кубітами замість двох. Потім він вимірює стан, змушуючи його колапсувати до одного з двох можливих результатів, або .
include "qelib1.inc"
qreg q[5]; // allocate 5 qubits (set automatically to |00000>)
creg c[5]; // allocate 5 classical bits
h q[0]; // Hadamard-transform qubit 0
cx q[0], q[1]; // conditional pauli X-transform (ie. "CNOT") of qubits 0 and 1
// At this point we have a 2-qubit Bell state (|00> + |11>)/sqrt(2)
cx q[1], q[2]; // this expands entanglement to the 3rd qubit
measure q[0] -> c[0]; // this measurement collapses the entire 3-qubit state
measure q[1] -> c[1]; // therefore qubit 1 and 2 read the same value as qubit 0
measure q[2] -> c[2];
Кожна інструкція на мові QASM - це застосування квантового вентиля, ініціалізації регістрів мікросхем у нуль або вимірювання цих регістрів.
Посібник для початківців
Посібник для початківців знайомить користувачів з термінологією та концептуальними знаннями квантової механіки, необхідними для складання квантових оцінок. Посібник для початківців знайомить читачів з елементарними поняттями квантових обчислень: поведінкою кубітів, квантовим заплутуванням та квантовими вентилями.
Повний посібник користувача
Повний посібник користувача є більш глибоким та аналітичним порівняно з посібником для початківців, і рекомендується для тих, хто має досвід у лінійній алгебрі або квантових обчисленнях. На відміну від посібника для початківців, повний посібник користувача містить приклади квантових алгоритмів з поясненнями, що порівнюють квантові алгоритми з їх класичними аналогами.[9]
Як посібник для початківців, так і повний посібник користувача може оновити будь-хто через сховище Qiskit GitHub.[10]
Використання
Станом на квітень 2018 року IBM повідомляє про понад 80 000 користувачів IBM Quantum Experience, які спільно провели понад 3 мільйони експериментів.[11]
Багато з цих користувачів є активними дослідниками, які спільно опублікували щонайменше 72 академічні роботи за допомогою платформи.[12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28]
Викладачі університетів також інтегрують приклади та експерименти на основі досвіду IBM Quantum Experience у свої навчальні програми.[29]
Доктор Крістін Корбетт Моран, докторант Каліфорнійського технологічного інституту, використовувала IBM Quantum Experience, коли вона проводила дослідження в Антарктиді.[30]
Тара Тосіч, студентка фізики École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), використовувала IBM Quantum Experience, коли проводила дослідження в Арктиці.[31]
Люди також використовували IBM Quantum Experience для різних неакадемічних цілей. Один користувач розпочав розробку ігор за допомогою IBM Quantum Experience,[32] включно з однією, названою "квантові бої".[33]
Станом а 2021 рік IBM Quantum Experience доступний безкоштовно.[34]
Див. також
Примітки
- Qiskit OPENQASM Specification. 27 жовтня 2018.
- Qiskit Python API.
- IBM Makes Quantum Computing Available on IBM Cloud to Accelerate Innovation. 4 травня 2016.
- IBM Quantum Experience Update. Архів оригіналу за 29 січня 2019. Процитовано 16 січня 2021.
- Quantum computing gets an API and SDK. 6 березня 2017.
- Beta access our upgrade to the IBM QX. Архів оригіналу за 31 січня 2019. Процитовано 16 січня 2021.
- Now Open: Get quantum ready with new scientific prizes for professors, students and developers. 14 січня 2018.
- IBM Quantum experience. Quantum Experience. IBM. Архів оригіналу за 25 травня 2018. Процитовано 3 July 2017.
- Welcome to the IBM Quantum Experience. Quantum Experience. IBM. Архів оригіналу за 17 вересня 2017. Процитовано 4 липня 2017.
- IBM Quantum Experience User Guides. 16 жовтня 2018.
- IBM Collaborating With Top Startups to Accelerate Quantum Computing. 5 квітня 2018.
- QX Community papers. Архів оригіналу за 22 березня 2019. Процитовано 16 січня 2021.
- Rundle, R. P.; Tilma, T.; Samson, J. H.; Everitt, M. J. (2017). Quantum state reconstruction made easy: a direct method for tomography. Physical Review A 96 (2): 022117. Bibcode:2017PhRvA..96b2117R. arXiv:1605.08922. doi:10.1103/PhysRevA.96.022117.
- Corbett Moran, Christine (29 червня 2016). «Quintuple: a Python 5-qubit quantum computer simulator to facilitate cloud quantum computing». arXiv:1606.09225 [quant-ph].
- Huffman, Emilie; Mizel, Ari (29 березня 2017). Violation of noninvasive macrorealism by a superconducting qubit: Implementation of a Leggett-Garg test that addresses the clumsiness loophole. Physical Review A 95 (3): 032131. Bibcode:2017PhRvA..95c2131H. arXiv:1609.05957. doi:10.1103/PhysRevA.95.032131.
- Deffner, Sebastian (23 вересня 2016). Demonstration of entanglement assisted invariance on IBM's Quantum Experience. Heliyon 3 (11): e00444. PMC 5683883. PMID 29159322. arXiv:1609.07459. doi:10.1016/j.heliyon.2017.e00444.
- Huang, He-Liang; Zhao, You-Wei; Li, Tan; Li, Feng-Guang; Du, Yu-Tao; Fu, Xiang-Qun; Zhang, Shuo; Wang, Xiang та ін. (9 грудня 2016). «Homomorphic Encryption Experiments on IBM's Cloud Quantum Computing Platform». arXiv:1612.02886 [cs.CR].
- Wootton, James R (1 березня 2017). Demonstrating non-Abelian braiding of surface code defects in a five qubit experiment. Quantum Science and Technology 2 (1): 015006. Bibcode:2017QS&T....2a5006W. arXiv:1609.07774. doi:10.1088/2058-9565/aa5c73.
- Fedortchenko, Serguei (8 липня 2016). «A quantum teleportation experiment for undergraduate students». arXiv:1607.02398 [quant-ph].
- Berta, Mario; Wehner, Stephanie; Wilde, Mark M (6 липня 2016). Entropic uncertainty and measurement reversibility. New Journal of Physics 18 (7): 073004. Bibcode:2016NJPh...18g3004B. arXiv:1511.00267. doi:10.1088/1367-2630/18/7/073004.
- Li, Rui; Alvarez-Rodriguez, Unai; Lamata, Lucas; Solano, Enrique (23 листопада 2016). Approximate Quantum Adders with Genetic Algorithms: An IBM Quantum Experience. Quantum Measurements and Quantum Metrology 4 (1): 1–7. Bibcode:2017QMQM....4....1L. arXiv:1611.07851. doi:10.1515/qmetro-2017-0001.
- Hebenstreit, M.; Alsina, D.; Latorre, J. I.; Kraus, B. (11 січня 2017). Compressed quantum computation using the IBM Quantum Experience. Phys. Rev. A 95 (5): 052339. arXiv:1701.02970. doi:10.1103/PhysRevA.95.052339.
- Alsina, Daniel; Latorre, José Ignacio (11 липня 2016). Experimental test of Mermin inequalities on a five-qubit quantum computer. Physical Review A 94 (1): 012314. Bibcode:2016PhRvA..94a2314A. arXiv:1605.04220. doi:10.1103/PhysRevA.94.012314.
- Linke, Norbert M.; Maslov, Dmitri; Roetteler, Martin; Debnath, Shantanu; Figgatt, Caroline; Landsman, Kevin A.; Wright, Kenneth; Monroe, Christopher (28 березня 2017). Experimental comparison of two quantum computing architectures. Proceedings of the National Academy of Sciences 114 (13): 3305–3310. PMC 5380037. PMID 28325879. doi:10.1073/pnas.1618020114.
- Devitt, Simon J. (29 вересня 2016). Performing quantum computing experiments in the cloud. Physical Review A 94 (3): 032329. Bibcode:2016PhRvA..94c2329D. arXiv:1605.05709. doi:10.1103/PhysRevA.94.032329.
- Steiger, Damian; Haner, Thomas; Troyer, Matthias (2018). ProjectQ: An Open Source Software Framework for Quantum Computing. Quantum 2: 49. arXiv:1612.08091. doi:10.22331/q-2018-01-31-49.
- Santos, Alan C. (2017). O Computador Quântico da IBM e o IBM Quantum Experience. Revista Brasileira de Ensino de Física 39 (1). arXiv:1610.06980. doi:10.1590/1806-9126-RBEF-2016-0155.
- Caicedo-Ortiz, H. E.; Santiago-Cortés, E. (2017). Construyendo compuertas cuánticas con IBM's cloud quantum computer [Building quantum gates with IBM’s cloud quantum computer]. Journal de Ciencia e Ingeniería (ісп.) 9: 42–56.
- Sheldon, Sarah (10 червня 2016). Students try hand at cracking quantum code.
- Nay, Chris (26 липня 2016). Quantum Experiences: Q&A with Caltech’s Christine Corbett Moran.
- Tosic, Tara (16 листопада 2018). IBM Q in the Arctic: 76.4° North. IBM Research Blog.
- Wootton, James (12 березня 2017). Why we need to make quantum games.
- Wootton, James (7 березня 2017). Quantum Battleships: The first multiplayer game for a quantum computer.
- Fisher, Chris (02019-04-02). IBM Quantum - Quantum Computing at IBM. www.ibm.com (англ.). Процитовано 16 січня 2021.