Квантовые вычисления не просто меняют реальность! Совершенно новая отрасль рождается на наших глазах, чтобы создать немыслимое ранее и обесценить некоторые достижения прошлого.
В этой книге рассмотрены наиболее важные компоненты квантового компьютера: кубиты, логические вентили и квантовые схемы, а также объясняется отличие квантовой архитектуры от традиционной. Вы сможете бесплатно экспериментировать с ними как в симуляторе, так и на реальном квантовом устройстве с применением IBM Q Experience.
Вы узнаете, как выполняются квантовые вычисления с помощью QISKit (программный инструментарий для обработки квантовой информации), Python SDK и других API, в частности QASM.
Наконец, вы изучите современные квантовые алгоритмы, реализующие запутанность, генерацию случайных чисел, линейный поиск, факторизацию целых чисел и др. Разберетесь с состояниями Белла, описывающими запутанность, алгоритмом Гровера для линейного поиска, алгоритмом Шора для факторизации целых чисел, алгоритмами оптимизации и многим другим.
Author(s): Владимир Силва
Series: Библиотека программиста
Edition: 1
Publisher: Питер
Year: 2020
Language: Russian
Commentary: Vector PDF
Pages: 352
City: СПб.
Tags: Artificial Intelligence; Algorithms; Python; Game Theory; Random Number Generation; Node.js; Quantum Computing; Quantum Assembly; Quantum Information Software Kit; IBM Q Experience; Quantum Neural Networks
Об авторе
О научных редакторах
Введение
От издательства
Глава 1. Странный и прекрасный мир квантовой механики
Двадцатое столетие — золотой век физики
Макс Планк и ультрафиолетовая катастрофа с которой все началось
Квантовый переход Бора
Битва титанов: коты Шредингера и принцип неопределенности
Введение в универсальную волновую функцию
Вероятностная интерпретация y: волновая функция была призвана разгромить квантовую механику а не стать ее основой
Кот Шредингера пытается сорвать вероятностную вечеринку Борна
Принцип неопределенности
Интерференция и двухщелевой эксперимент
Эйнштейн — Бору: «Бог не играет в кости»
Бор — Эйнштейну: «Не говори Богу что ему делать»
Запутанность и ЭПР-парадокс: мистическое дальнодействие
Неравенство Белла: проверка запутанности
ЭПР-парадокс разгромлен: Бор смеется последним
Реальность дурачит нас: все взаимосвязано?
Глава 2. Квантовые вычисления: искривление ткани самой реальности
Транзистор вступает в противоречие с законами физики
Пятинанометровый транзистор: большая проблема
Квантовый масштаб и конец эпохи транзисторов
Туннелирование электронов
Эксперименты со щелями
Вероятное будущее транзисторов
Ричард Фейнман и квантовый компьютер
Кубит странный и потрясающий одновременно
Суперпозиция состояний
Запутанность: наблюдение за кубитом изменяет состояние его партнера
Управление кубитами с помощью квантовых вентилей
Проектирование кубитов
Квантовые компьютеры в сравнении с традиционным аппаратным обеспечением
Сложные симуляции
Молекулярное моделирование и новые материалы
Усовершенствованное глубокое обучение
Квантовые нейронные сети и искусственный интеллект
Подводные камни квантовых компьютеров: декогеренция и интерференция
Декогеренция
Квантовая коррекция ошибок
Процессор на 50 кубитах и задача для квантового превосходства
Полемика о квантовом отжиге и минимизации энергии
Две тысячи кубитов: все не так как кажется
Квантовый отжиг: подмножество квантовых вычислений
Универсальные квантовые вычисления и будущее
Google и квантовый искусственный интеллект
Квантовые машины в центрах обработки
Гонка становится глобальной
Будущие приложения
Глава 3. IBM Q Experience: уникальная платформа для квантовых вычислений в облаке
Первое знакомство с IBM Q Experience
Квантовый Composer
Квантовые вентили
Доступное квантовое серверное ПО
Опус 1: вариации на тему состояний Белла и GHZ
Состояния Белла и мистическое дальнодействие
Еще более необычно: проверка GHZ-состояний
Супердетерминизм: уход от мистичности. Был ли Эйнштейн прав все это время?
Удаленный доступ через REST API
Аутентификация
Перечисление доступного серверного ПО
Получение информации о калибровке заданного процессора
Получение параметров серверного ПО
Получение статуса очереди процессора
Перечисление заданий в очереди выполнения
Получение информации о балансе аккаунта
Список экспериментов пользователя
Запуск эксперимента
Запуск задания
Получение версии API
Клиент Node JS для IBMQuantumExperience
Построение модуля Node для IBMQuantumExperience
Экспорт методов API
Аутентификация с использованием токена
Перечисление серверного ПО
Перечисление параметров калибровки
Старт эксперимента
Отладка и тестирование
Поделитесь с миром — опубликуйте свой модуль
Глава 4. QISKit — отличный SDK для квантового программирования на Python
Установка QISKit
Настройка в Windows
Настройка в Linux CentOS
Кубит 101: базовая алгебра
Алгебраическое представление квантового бита
Изменение состояния кубита с помощью квантовых вентилей
Универсальные квантовые вычисления позволяют получить решение быстрее чем классические
Ваша первая квантовая программа
Внутренние компоненты SDK: компиляция схемы и QASM
Запуск на реальном квантовом устройстве
Квантовый ассемблер: мощь скрытая за кулисами
Глава 5. Запускаем движки: от квантовой генерации случайных чисел до телепортации с остановкой на сверхплотном кодировании
Квантовый генератор случайных чисел
Генератор случайных битов на основе вентиля Адамара
Тестирование результатов на случайность
Сверхплотное кодирование
Схема в Composer
Удаленный запуск с использованием Python
Результаты
Квантовая телепортация
Схема в Composer
Удаленный запуск с помощью Python
Результаты
Глава 6. Развлекаемся квантовыми играми
Quantum Battleship с изюминкой
Инструкции по настройке
Инициализация
Размещение кораблей на игровом поле
Основной цикл и результаты
Cloud Battleship: модификация удаленного доступа
Упражнение 6.1. Разделение интерфейса пользователя и логики игры
Упражнение 6.2. Создание веб-интерфейса для игрового поля
Упражнение 6.3. Развертывание и устранение неполадок на сервере Apache
Решение 6.1. Программа на Python позволяющая повторное использование
Решение 6.2. Интерфейс пользователя
Решение 6.3. Развертывание и тестирование
Устранение ошибок
Дополнительные улучшения
Глава 7. Теория игр: с квантовой механикой преимущество всегда на вашей стороне
Загадка про фальшивую монету
Квантовый способ решения
Шаг 1. Запрос к квантовым весам
Шаг 2. Создание квантовых весов
Шаг 3. Определение фальшивой монеты
Обобщенный алгоритм для любого количества фальшивых монет
Магический квадрат Мермина — Переса
Упражнение для магического квадрата Мермина — Переса
Квантовая стратегия победы
Общее запутанное состояние
Унитарные преобразования
Измерение в вычислительном базисе
Ответы для упражнения с магическим квадратом
Глава 8. Алгоритмы Гровера и Шора: ускоренный поиск и угроза основам асимметричного шифрования
Квантовый неструктурированный поиск
Фазовая инверсия
Инверсия относительно среднего значения
Практическая реализация
Обобщенная схема
Факторизация целых чисел при помощи алгоритма Шора
Квантовая факторизация бросает вызов асимметричному шифрованию
Нахождение периода
Алгоритм Шора с использованием ProjectQ
