Квантовая платформа IBM

Облачная квантовая вычислительная платформа

IBM Quantum Platform (ранее известная как IBM Quantum Experience ) — это онлайн-платформа, предоставляющая публичный и премиум-доступ к облачным квантовым вычислительным сервисам, предоставляемым IBM . Это включает в себя доступ к набору прототипов квантовых процессоров IBM, набору учебных пособий по квантовым вычислениям и доступ к интерактивному учебнику. По состоянию на февраль 2021 года на сервисе имеется более 20 устройств, шесть из которых находятся в свободном доступе для общественности. Этот сервис можно использовать для запуска алгоритмов и экспериментов , а также для изучения учебных пособий и симуляций того, что может быть возможно с помощью квантовых вычислений .

Квантовые процессоры IBM состоят из сверхпроводящих трансмоновых кубитов , расположенных в холодильниках для растворения в штаб-квартире IBM Research в исследовательском центре Томаса Дж. Уотсона . Пользователи взаимодействуют с квантовым процессором через модель квантовой схемы вычислений. Схемы могут быть созданы либо графически с помощью Quantum Composer, либо программно с помощью блокнотов Jupyter квантовой лаборатории. Схемы создаются с помощью Qiskit и могут быть скомпилированы в OpenQASM для выполнения на реальных квантовых системах.

История

• Сервис был запущен в мае 2016 года как IBM Quantum Experience ^[1] с пятикубитным квантовым процессором и симулятором сопоставления, соединенными в звездообразную схему. В то время пользователи могли взаимодействовать с оборудованием только через графический интерфейс квантового композитора. Квантовые схемы также были ограничены конкретными двухкубитными вентилями, доступными на оборудовании.

• В июле 2016 года IBM запустила форум сообщества IBM Quantum Experience. Впоследствии он был заменен рабочим пространством Slack.

• В январе 2017 года IBM внесла ряд дополнений в IBM Quantum Experience ^[2] , включая увеличение набора двухкубитных взаимодействий, доступных на пятикубитном квантовом процессоре, расширение симулятора до пользовательских топологий до двадцати кубитов и предоставление пользователям возможности взаимодействовать с устройством и симулятором с помощью кода на языке квантового ассемблера.

• В марте 2017 года IBM выпустила Qiskit ^[3] , чтобы пользователи могли легче писать код и проводить эксперименты на квантовом процессоре и симуляторе. Также было добавлено руководство пользователя для начинающих.

• В мае 2017 года IBM сделала дополнительный 16-кубитный процессор доступным на сервисе IBM Quantum. ^[4]

• В январе 2018 года IBM запустила программу квантовых наград, которая была размещена на IBM Quantum Experience. ^[5]

• В мае 2019 года была проведена масштабная переработка сервиса, включая добавление веб-хостинговых блокнотов Jupyter и интеграцию с онлайн-интерактивным учебником Qiskit. ^[6]

• После редизайна в марте 2021 года было сделано больше различий между Composer GUI и блокнотами Jupyter. Название IBM Quantum Experience было упразднено в пользу отдельных названий IBM Quantum Composer и IBM Quantum Lab . ^[7] Теперь они совместно называются IBM Quantum Platform .

IBM Квантовый Композитор

Снимок экрана, показывающий результат проведения эксперимента с состоянием GHZ с использованием IBM Quantum Composer

Quantum Composer — это графический пользовательский интерфейс (GUI), разработанный IBM, позволяющий пользователям конструировать различные квантовые алгоритмы или проводить другие квантовые эксперименты. Пользователи могут видеть результаты своих квантовых алгоритмов, либо запустив их на реальном квантовом процессоре, либо используя симулятор. Алгоритмы, разработанные в Quantum Composer, называются «квантовой оценкой», в связи с тем, что Quantum Composer напоминает нотный лист. ^[8]

Композитор также может использоваться в режиме скриптинга, где пользователь может писать программы на языке OpenQASM . Ниже приведен пример очень маленькой программы, созданной для 5- кубитного компьютера IBM. Программа инструктирует компьютер сгенерировать квантовое состояние , 3-кубитное состояние GHZ , которое можно рассматривать как вариант состояния Белла , но с тремя кубитами вместо двух. Затем он измеряет состояние, заставляя его коллапсировать до одного из двух возможных результатов, или . ${\displaystyle |\Psi \rangle ={\frac {1}{\sqrt {2}}}\left(|000\rangle +|111\rangle \right)}$ ${\displaystyle |000\rangle }$ ${\displaystyle |111\rangle }$

include "qelib1.inc" qreg q [ 5 ]; // выделить 5 кубитов (автоматически устанавливается на |00000>) creg c [ 5 ]; // выделить 5 классических битов     h q [ 0 ]; // преобразование Адамара кубита 0 cx q [ 0 ], q [ 1 ]; // условное X-преобразование Паули (т. е. "CNOT") кубитов 0 и 1 // На этом этапе у нас есть 2-кубитное состояние Белла (|00> + |11>)/sqrt(2)      cx q [ 1 ], q [ 2 ]; // это расширяет запутанность до 3-го кубита   мера q [ 0 ] -> c [ 0 ]; // это измерение сворачивает все 3-кубитное состояние мера q [ 1 ] -> c [ 1 ]; // поэтому кубиты 1 и 2 считывают то же значение, что и кубит 0 мера q [ 2 ] -> c [ 2 ];           

Каждая инструкция на языке QASM представляет собой применение квантового вентиля , инициализацию регистров микросхемы нулем или измерение этих регистров.

Использование

• В 2018 году IBM сообщила, что число пользователей IBM Quantum Experience превысило 80 000, и в общей сложности они провели более 3 миллионов экспериментов. ^[9]

• Исследователи, проводившие эксперименты с использованием этого сервиса, опубликовали множество научных работ. ^{[10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [ 21] [22] [23 ] [ 24] [25] [26] [27]}

Ссылки

1. "IBM делает квантовые вычисления доступными в IBM Cloud для ускорения инноваций". 2016-05-04. Архивировано из оригинала 4 мая 2016 г.
2. "IBM Quantum Experience Update". Архивировано из оригинала 29-01-2019 . Получено 06-04-2017 .
3. «Квантовые вычисления получают API и SDK». 2017-03-06.
4. "Бета-доступ к нашему обновлению IBM QX". Архивировано из оригинала 2019-01-31 . Получено 2017-05-19 .
5. "Открыто: подготовьтесь к квантовой науке с новыми научными премиями для профессоров, студентов и разработчиков". IBM . 2018-01-14.
6. "IBM представляет бета-версию платформы разработки квантовых вычислений следующего поколения". IBM . 2021-02-10.
7. "Анонс IBM Quantum Composer and Lab". 2021-03-02.
8. "IBM Quantum experience". Quantum Experience . IBM. Архивировано из оригинала 25 мая 2018 года . Получено 3 июля 2017 года .
9. «IBM сотрудничает с ведущими стартапами для ускорения квантовых вычислений». IBM . 2018-04-05.
10. "QX Community papers". Архивировано из оригинала 2019-03-22 . Получено 2018-05-24 .
11. «Исследования IBM Quantum Hub в Мельбурнском университете». 20 апреля 2021 г.
12. Рандл, РП; Тилма, Т.; Сэмсон, Дж. Х.; Эверитт, М. Дж. (2017). «Простая реконструкция квантового состояния: прямой метод для томографии». Physical Review A. 96 ( 2): 022117. arXiv : 1605.08922 . Bibcode : 2017PhRvA..96b2117R. doi : 10.1103/PhysRevA.96.022117.
13. Корбетт Моран, Кристина (29 июня 2016 г.). «Quintuple: симулятор квантового компьютера с 5 кубитами Python для облегчения облачных квантовых вычислений». arXiv : 1606.09225 [квант-ph].
14. Хаффман, Эмили; Мизель, Ари (29 марта 2017 г.). «Нарушение неинвазивного макрореализма сверхпроводящим кубитом: реализация теста Леггетта-Гарга, устраняющего лазейку неуклюжести». Physical Review A. 95 ( 3): 032131. arXiv : 1609.05957 . Bibcode : 2017PhRvA..95c2131H. doi : 10.1103/PhysRevA.95.032131.
15. Деффнер, Себастьян (23 сентября 2016 г.). «Демонстрация инвариантности с помощью запутывания в IBM Quantum Experience». Heliyon . 3 (11): e00444. arXiv : 1609.07459 . doi : 10.1016/j.heliyon.2017.e00444 . PMC 5683883 . PMID  29159322. 
16. Хуан, Хэ-Лян; Чжао, Ю-Вэй; Ли, Тан; Ли, Фэн-Гуан; Ду, Ю-Тао; Фу, Сян-Цюнь; Чжан, Шуо; Ван, Сян; Бао, Ван-Су (9 декабря 2016 г.). «Эксперименты по гомоморфному шифрованию на платформе облачных квантовых вычислений IBM». Границы физики . 12 (1): 120305. arXiv : 1612.02886 . Бибкод : 2017FrPhy..12l0305H. дои : 10.1007/s11467-016-0643-9. S2CID  17770053.
17. Вуттон, Джеймс Р. (1 марта 2017 г.). «Демонстрация неабелева сплетения дефектов поверхностного кода в пятикубитном эксперименте». Квантовая наука и технологии . 2 (1): 015006. arXiv : 1609.07774 . Bibcode : 2017QS&T....2a5006W. doi : 10.1088/2058-9565/aa5c73. S2CID  44370109.
18. Федорченко, Сергей (8 июля 2016 г.). «Эксперимент по квантовой телепортации для студентов бакалавриата». arXiv : 1607.02398 [quant-ph].
19. Берта, Марио; Венер, Стефани; Уайлд, Марк М. (6 июля 2016 г.). «Энтропическая неопределенность и обратимость измерений». New Journal of Physics . 18 (7): 073004. arXiv : 1511.00267 . Bibcode : 2016NJPh...18g3004B. doi : 10.1088/1367-2630/18/7/073004. S2CID  119186679.
20. Ли, Руи; Альварес-Родригес, Унаи; Ламата, Лукас; Солано, Энрике (23 ноября 2016 г.). «Приближенные квантовые сумматоры с генетическими алгоритмами: опыт IBM Quantum». Квантовые измерения и квантовая метрология . 4 (1): 1–7. arXiv : 1611.07851 . Bibcode :2017QMQM....4....1L. doi :10.1515/qmetro-2017-0001. S2CID  108291239.
21. Хебенстрейт, М.; Альсина, Д.; Латорре, ДЖИ; Краус, Б. (11 января 2017 г.). «Сжатые квантовые вычисления с использованием IBM Quantum Experience». Phys. Rev. A. 95 ( 5): 052339. arXiv : 1701.02970 . doi : 10.1103/PhysRevA.95.052339. S2CID  118958024.
22. Альсина, Даниэль; Латорре, Хосе Игнасио (11 июля 2016 г.). «Экспериментальная проверка неравенств Мермина на пятикубитном квантовом компьютере». Physical Review A. 94 ( 1): 012314. arXiv : 1605.04220 . Bibcode : 2016PhRvA..94a2314A. doi : 10.1103/PhysRevA.94.012314. S2CID  119189277.
23. Линке, Норберт М.; Маслов, Дмитрий; Рёттлер, Мартин; Дебнат, Шантану; Фиггатт, Кэролайн; Ландсман, Кевин А.; Райт, Кеннет; Монро, Кристофер (28 марта 2017 г.). «Экспериментальное сравнение двух архитектур квантовых вычислений». Труды Национальной академии наук . 114 (13): 3305–3310. arXiv : 1702.01852 . Bibcode : 2017PNAS..114.3305L. doi : 10.1073 /pnas.1618020114 . PMC 5380037. PMID  28325879. 
24. Девитт, Саймон Дж. (29 сентября 2016 г.). «Выполнение экспериментов по квантовым вычислениям в облаке». Physical Review A. 94 ( 3): 032329. arXiv : 1605.05709 . Bibcode : 2016PhRvA..94c2329D. doi : 10.1103/PhysRevA.94.032329. S2CID  119217150.
25. Штайгер, Дамиан; Ханер, Томас; Тройер, Маттиас (2018). «ProjectQ: Open Source Software Framework for Quantum Computing». Quantum . 2 : 49. arXiv : 1612.08091 . Bibcode :2018Quant...2...49S. doi :10.22331/q-2018-01-31-49. S2CID  6758479.
26. Сантос, Алан С. (2017). «Квантовый компьютер IBM и IBM Quantum Experience». Revista Brasileira de Ensino de Física . 39 (1). arXiv : 1610.06980 . doi : 10.1590/1806-9126-RBEF-2016-0155.
27. Кайседо-Ортис, HE; Сантьяго-Кортес, Э. (2017). «Construyendo compuertas cuánticas con облачный квантовый компьютер IBM» [Создание квантовых вентилей с помощью облачного квантового компьютера IBM] (PDF) . Journal de Ciencia e Ingeniería (на испанском языке). 9 : 42–56. дои : 10.46571/JCI.2017.1.7 .

Внешние ссылки

• Квантовая платформа IBM