Kom godt i gang med IBM Q Experience

Vi er nu i en tidsalder, hvor du kan bruge en kvantecomputer fra dit eget hjem komfort. Alt hvad du behøver for at starte din kvanterejse er IBM Q Experience.

I denne vejledning viser jeg dig, hvordan du indstiller et simpelt eksperiment. Specifikt viser jeg dig, hvordan du indstiller det første puslespil i spillet Hello Quantum.

For at gå til IBM Q Experience skal du bare klikke her. Dette fører dig til et afsnit kendt som komponisten, som skal se ud som billedet herunder.

Komponisten er, hvor du skriver dine kvanteprogrammer. Som standard starter det dig med de fem qubits i en rigtig kvanteprocessor, kendt som ibmqx4. Men lad os i stedet fokusere på noget lidt enklere. Lad os oprette en komponist til kun to qubits.

For at gøre dette klikker vi først på knappen 'Ny' øverst til højre. Så skal vi vælge et navn. I dette eksempel opretter jeg det allerførste puslespil i Hello Quantum, så jeg vil navngive det efter det.

Det næste job er at vælge, om man skal arbejde et af de rigtige enheder, eller om man skal køre simuleringer af noget andet. Vi ønsker den frihed, sidstnævnte giver os, så vi klikker på 'Custom Topology' nederst.

Endelig er vi nødt til at ændre antallet af qubits og bit, der vil blive brugt. I Hello Quantum ser vi på processer, hvor to qubits bliver forvandlet til to bit, og derfor har vi brug for to af begge. Når det er gjort, klikker vi på 'Indstil topologi' i bunden.

Nu har vi vores komponist at lege med.

Kasserne til højre repræsenterer forskellige operationer, som vi kan udføre på vores qubits. Alt, hvad vi skal gøre, er at trække og slippe dem på linjerne. For at indstille den første tilstand af det første puslespil, skal vi trække og X over til qubit 1.

Og det er det arbejde, der er gjort! Lad os nu se, om det gjorde, som vi forventede.

Det første puslespil fra Hello Quantum ligner billedet herunder. Den nederste cirkel for kvbiten til venstre er hvid, hvilket betyder, at den afgiver en 1 med sikkerhed. Den nederste cirkel for højre kvbit er sort, hvilket betyder, at den bestemt er en 0.

Den måde, hvorpå vi får output for bundcirklerne, er ved hjælp af måleporten. Dette kan findes ved at rulle ned i gatesektionen til højre.

For at se den nederste cirkel af begge dele, trækker vi bare måleporten over til begge linjer. Når vi gør dette, vil det spørge, hvilket navn vi vil give den resulterende bit. Tryk bare på 'OK', fordi standardvalgene er de bedste for os.

Når begge porte er på plads, er det tid til at få resultaterne. Gør dette ved at klikke på 'simulere'.

Hvis du ikke er logget ind endnu, er det her du skal gøre det. Du kan oprette en konto bare til IBM Q Experience eller logge ind med dine eksisterende sociale mediekonti.

Når alle administratorer er udført, ser du resultatskærmen. Dette præsenterer dine resultater i form af et histogram.

I dette tilfælde er der kun et muligt resultat. Ved at se under søjlen kan vi se, at dette er resultatet 10, hvilket betyder et resultat af 1 for den venstre qubit og 0 for den rigtige. Præcis som forventet!

Lad os nu tjekke de øverste cirkler. Til dette er vi nødt til at ændre spørgsmål, som vi stiller qubits.

Nu får vi et histogram med lidt mere i gang.

Der er nu fire mulige resultater: 00, 01, 10 og 11. Simulatoren kører processen 100 gange og finder ud af, at 11 kommer ud 25% af tiden, 10 kommer ud 23% af tiden, og så videre.

Hvis du kører dette selv, finder du næsten helt sikkert forskellige numre. De skulle faktisk alle komme ud med den samme sandsynlighed på 25%. Men da vi kun bruger et endeligt antal prøver, ser vi altid statistiske afvigelser som dette.

Under alle omstændigheder ser vi begge qubits tilfældigt give et svar på 0 eller 1. Og det er også nøjagtigt, hvad vi forventer til det første puslespil af Hello Quantum.

Lad os gøre et andet eksempel. Vi opretter den oprindelige tilstand på niveau 4 - Puzzle 1.

Den nemmeste måde at gøre dette på er først at foretage måltilstanden og derefter arbejde bagud til den oprindelige tilstand.

Måltilstanden har en sort topcirkel for venstre qubit og en hvid topcirkel for højre qubit. Hvis du har spillet Hello Quantum og læst afsnittet 'Lær mere', eller hvis du har læst denne artikel, vil det forhåbentlig være klart, at dette kan indstilles som på billedet herunder.

For at komme fra dette til den oprindelige tilstand af niveau 4 - Puzzle 1, alt hvad vi har brug for er en CZ. For at få en skal du først markere afkrydsningsfeltet 'Avanceret' i portens sektion og derefter rulle ned. Du finder CZ under 'subroutines'. Alt hvad vi skal gøre er at trække det ud.

Subroutinerne er porte, som du selv kan fremstille, og CZ leveres som et eksempel. På grund af dette får det ikke sit eget skræddersyede symbol. I stedet får det bare det generiske symbol for subroutiner.

Det er her 'a' og 'b' kommer ind. Underprogrammer til to qubits vil normalt gøre forskellige ting på hver qubit, og har derfor brug for 'a' og 'b' for at holde styr på, hvilken qubit er hvilken. Men for tilfældet med CZ kunne de faktisk udelades. Så du behøver ikke at bekymre dig om dem for meget.

Hvis du vil køre job på en rigtig enhed, kan du ikke bruge nogen underprogrammer. Men rolig, der er stadig en måde at få CZ på.

Tricket er at bruge en gate, der ligner en CZ. Det er kendt som CNOT.

En af de vigtigste forskelle mellem CNOT og CZ er, at det ikke er symmetrisk: vi må være forsigtige med, hvilken vej vi peger på det. Kvbiten, der får den lille prik, vil spille en anden rolle end den med den store prik.

For at vende qubiternes roller implementerer vi simpelthen porten den anden vej op.

Uanset hvad betegnes kvbiten med det lille do som kontrollen, og den med den store prik er målet.

I denne artikel gav vi tre forskellige forklaringer på, hvordan en CZ fungerer. Der er på samme måde tre historier, som vi kan fortælle om virkningen af ​​en CNOT. Men typisk fokuserer vi bare på en: CNOT gør enten ingenting for målkvitten eller gør en X-port til det, afhængigt af hvad målet gør.

Dette er næsten nøjagtigt det samme som vores forklaringer på CZ. Det eneste anderledes er, at det er et X, der muligvis kan anvendes, snarere end et Z. Og da vi ved, hvordan man omdanner et X til et Z, kan vi forvandle en CNOT til en CZ. Alt, hvad vi har brug for, er et par H-porte.

Ved hjælp af dette kan du gøre alle de CZ-porte, du ønsker, på enhver enhed, du kan lide.

Hej kvante niveauer

For at komme i gang har vi forberedt de oprindelige tilstande til alle Hello Quantum-gåder. Bare tjek linkene herunder.

Niveau 1

  • Puslespil 1
  • Puslespil 2
  • Puslespil 3
  • Puslespil 4
  • Puslespil 5
  • Puslespil 6
  • Puslespil 7
  • Puslespil 8
  • Puslespil 9
  • Puslespil 10

Niveau 2

  • Puslespil 1
  • Puslespil 2
  • Puslespil 3
  • Puslespil 4

Niveau 3

  • Puslespil 1
  • Puslespil 2
  • Puslespil 3
  • Puslespil 4

Niveau 4

  • Puslespil 1
  • Puslespil 2
  • Puslespil 3
  • Puslespil 4
  • Puslespil 5
  • Puslespil 6
  • Puslespil 7
  • Puslespil 8
  • Puslespil 9
  • Puslespil 10
  • Puslespil 11 viser to tilstande samtidig: 11 a og 11 b