Qiskit: платформа квантовых вычислений с открытым кодом
Qiskit: платформа квантовых вычислений с открытым кодом

Qiskit — отличная возможность для проведения исследований и конкретизации изучаемой концепции

Источник: IBM


09:43 13.11.2018   |  Тамлин Маги |  Computerworld, Великобритания

Рубрика Технологии |   1225 прочтений



В квантовом подразделении IBM рассчитывают, что программное обеспечение с открытым кодом поможет совершить новые открытия в области квантовых вычислений.

 

Исследователи, ученые, преподаватели, энтузиасты, предприниматели – все эти категории представлены в сообществе Qiskit, разрабатывающем на базе программы квантовых вычислений корпорации IBM платформу с открытым кодом, которая должна предоставить всем желающим доступ к реальным квантовым вычислениям в облаке.

Платформа Qiskit (Quantum Information Science Kit) существует уже больше года. Она стала преемником программы IBM Quantum Experience (сокращенно IBM Q Experience), в рамках которой квантовые компьютеры перемещались в облако (впервые), а исследователи и разработчики могли осваивать совершенно новую для себя сферу вычислений.

С момента открытия Q Experience энтузиасты создавали игры и сочиняли музыку с применением реальных квантовых компьютеров, а ученые и исследователи использовали кубиты для решения задач, которые ранее считались очень сложными.

«По сути, Q Experience – это интерфейс API, позволяющий людям отправлять задания на выполнение на реальное квантовое оборудование, – пояснил инженер-исследователь IBM Али Джавади. – Для простоты выражения используется интерфейс Python, который существенно расширен по сравнению с первоначальной версией. Конечная цель заключается в том, чтобы предоставить доступ к квантовому компьютеру группе очень разных людей».

По понятным причинам платформа Quantum привлекла внимание широкого круга специалистов в этой области. Это совершенно новый опыт, и никто, даже в IBM, не знает, к чему приведут соответствующие квантовые эксперименты. Говоря упрощенно, в отличие от традиционного метода вычислений, при котором бит данных может находиться в одном из двух состояний – 1 или 0 – квантовые биты (или кубиты) находятся в обоих состояниях одновременно.

«Разработчики могут писать квантовые программы наряду с учеными, являющимися специалистами в какой-то конкретной узкой области и использующими высокоуровневые библиотеки для создания, например, приложений квантовой химии или проведения квантовой оптимизации, – указал Джавади. – Вычислительные задачи такого рода очень трудно решить на классическом компьютере, и мы убеждены в том, что первым применением квантового компьютера должно стать ускорение решения сложных задач в определенных сферах. Представленная нами недавно библиотека Qiskit Acqua должна помочь этим людям, не погружаясь глубоко в область квантовых вычислений, использовать их в качестве ускорителя при решении сложных задач. Кроме того, они смогут поближе познакомиться с тем, что предлагают квантовые вычисления».

Джавади получил образование в области информатики, а конкретно – квантовых компиляторов. Одна из ближайших задач квантовых устройств связана с тем, что имеющиеся ресурсы весьма ограничены, будь то число кубитов или количество операций, выполняемых над этими кубитами. Компиляторы принимают входные данные от пользователей и оптимизируют их в соответствии с объемом доступных ресурсов для получения наилучшего результата.

«В последние пять-шесть лет мы стали свидетелями действительно быстрого прогресса в квантовой сфере, – подчеркнул Джавади. – К этой области проявляется большой интерес. Дело в том, что речь идет о совершенно иной модели вычислений, точную мощность которой еще только предстоит определить. Исследования должны помочь нам понять, для решения каких задач она подходит. Одним из приятных побочных эффектов предоставления большому количеству людей доступа к этим устройствам является то, что у них появится возможность запускать свои собственные программы и проводить необходимые вычисления. Предоставив людям желаемый доступ, мы можем совершить множество открытий. В силу вступает мудрость толпы».

Сюда отлично вписывается элемент с открытым кодом. Помимо научных приложений предприятия могут быть заинтересованы в использовании квантовых вычислений для оптимизации сложных математических моделей, связанных, например, с функциями затрат. Компании начинают изучать, каким образом квантовые технологии и Qiskit могут удовлетворить их потребности.

С момента запуска Qiskit в 2017 году Джавади говорил, что успех взаимодействия с сообществом застал многих людей врасплох.

«По моим оценкам, подписку на сервис IBM Q Experience уже оформили около 90 тыс. человек и свыше 90 тыс. загрузили Qiskit, – заметил он. – В общей сложности через API было отправлено более 5 млн заданий для Qiskit в облаке. Нас радует, что проект Qiskit реализуется с открытым кодом, благодаря чему свой вклад в него вносит много внешних исполнителей. Число участников сегодня достигает 70 человек. Конечно, многие из них работают в IBM, но свои изменения в программное обеспечение с открытым кодом привносят и сторонние разработчики».

Сообщество регулярно публикует статьи – в настоящее время количество публикаций о Qiskit, представленных в той или иной форме, уже достигло 120 – а также проводит учебные состязания в рамках программы IBM Q Awards. Сюда относятся конкурсы на лучшие курсы обучения квантовой механике с использованием Qiskit и лучший учебник по квантовым вычислениям на базе этой платформы.

«Мы получаем действительно хорошие материалы, – подчеркнул Джавади. – Победители собираются писать свой код, и это будет способствовать дальнейшему укреплению сообщества».

Шумиху (зачастую непостижимую) вокруг квантовой механики было бы проще понять, если бы ею сопровождались какие-то развлекательные проекты вроде игр или музыкальных композиций. При этом Джавади подчеркнул, что предлагаемый Q Experience доступ оказывает чрезвычайно важное влияние на всю исследовательскую отрасль.

Еще лет пять тому назад проведение квантовых экспериментов предполагало возню с устройствами и проводами в лаборатории. Альтернативным вариантом являлось использование имитационного моделирования при демонстрации ожидаемой работы квантовой механики. Сегодня же практически каждый может получить доступ к реальному квантовому устройству в облаке.

«Сегодня процессы уже вышли за пределы лаборатории, – пояснил Джавади. – Устройства доступны в Интернете, и все то же самое можно выполнить, направив скрипт Python. Посещать лабораторию для этого вовсе не обязательно. В широком смысле речь идет о любимой для меня теме, которая действительно полезна для науки и способствует научному прогрессу в целом. Кроме того, это помогает воспроизводить полученные результаты. Если ранее, к примеру, кто-то объявлял об открытии базовых эффектов квантовой механики, проверить это было невозможно. Теперь же достаточно еще раз запустить тот же самый код, и все желающие могут убедиться в справедливости сделанных заявлений самостоятельно».

Очевидно, что захватывающая новая область находится еще в самом начале своего становления, а исследователи только начинают открывать применения для квантовых вычислений. Но уже сейчас виден огромный потенциал для дальнейшего роста и будущих открытий.

«У нас появилась надежда, – заметил Джавади. – За последние несколько лет исследуемое поле наполнилось новой положительной энергией – если взглянуть на пространство квантовых алгоритмов, были сделаны очень важные открытия в том, что мы можем делать с квантовым компьютером. Область эта развивается очень быстро, и в ближайшие десять лет нас ждет много всего интересного. Я действительно надеюсь, что академическое сообщество будет использовать инструменты, которые не были доступны, даже в мои аспирантские времена – что было не так давно, каких-то лет пять назад. Никаких подобных инструментов еще не существовало. Когда мне хотелось изучить какой-то конкретный эффект, приходилось выстраивать модель на ноутбуке, но теперь соответствующие устройства доступны, и для них уже созданы необходимые инструменты, в частности, Qiskit. Отличная возможность для проведения исследований и конкретизации изучаемой концепции – фактически мы получаем исполняемый код с его просмотром в действии».


Теги: Open Source IBM Квантовые вычисления

На ту же тему: