माइक्रोसॉफ्ट की क्वांटम प्रोग्रामिंग लैंग्वेज, Q#, आपको क्वांटम भौतिकी सीखने में मदद कर सकती है

कंप्यूटर अजीब होने वाले हैं.

दशकों तक सिद्धांत के रूप में काम करने के बाद, पहला क्वांटम कंप्यूटर अब दुनिया भर की कुछ चुनिंदा प्रयोगशालाओं में मौजूद है। वे अल्पविकसित हैं, और यकीनन 50-टन ENIAC जैसे शुरुआती इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटरों की तुलना में कम व्यावहारिक हैं। फिर भी शोधकर्ता प्रगति कर रहे हैं। आईबीएम, गूगल और इंटेल प्रगति कर रहे हैं क्वांटम हार्डवेयर पर, और एक व्यावहारिक क्वांटम कंप्यूटर अंततः विज्ञान कथा के विषय के बजाय निकट भविष्य की वास्तविकता जैसा लगता है।

यह एक अवसर है. यह भी एक समस्या है. क्वांटम भौतिकी टेलीपोर्टेशन और संभाव्यता का एक अजीब क्षेत्र है जो उन नियमों का पालन नहीं करता है जिनसे हम परिचित हैं। अधिकांश लोग क्वांटम यांत्रिकी को नहीं समझते हैं, और इसमें प्रोग्रामर भी शामिल हैं, वे लोग जिन्हें क्वांटम कंप्यूटर को व्यावहारिक उपयोग में लाने की आवश्यकता होगी।

माइक्रोसॉफ्ट की उन्हें शिक्षित करने की योजना है।

रहस्य को सुलभ बनाना

कोई भी डेवलपर जो C# या जावास्क्रिप्ट जैसी नई प्रोग्रामिंग भाषा सीखना चाहता है, वह उसके पाठों का तत्काल उपयोग करना चाहता है। फिर भी क्वांटम कंप्यूटिंग की प्रारंभिक अवस्था इसे कठिन बना सकती है। कई क्वांटम उपकरणों के लिए एक प्रोग्राम बनाना काफी हद तक बाइनरी मशीन कोड में लिखने की कोशिश करने जैसा है - सिवाय इसके कि यह और भी कठिन है, क्योंकि क्वांटम यांत्रिकी। यह सिर्फ एक ऐसा क्षेत्र नहीं है जिसे अच्छी तरह से समझा जाता है लेकिन इसका अनुवाद करना कठिन है। यह अध्ययन का एक ऐसा क्षेत्र है जहां कुछ बुनियादी बातें अज्ञात रहती हैं।

इसमें कारण भी शामिल है क्यों क्वांटम कंप्यूटर काम करते हैं. "क्वांटम कंप्यूटिंग में हमारे पास सबूत बिंदु हैं कि क्वांटम कंप्यूटर शास्त्रीय कंप्यूटरों से बेहतर प्रदर्शन कर सकते हैं," क्रिस्टा स्वोर, सिद्धांत अनुसंधान प्रबंधक ने कहा माइक्रोसॉफ्ट के क्वांटम आर्किटेक्चर और कंप्यूटेशन समूह में। "हमारे क्षेत्र में होली ग्रेल इसका वास्तविक गणितीय प्रमाण होगा।"

क्वांटम कंप्यूटिंग इतनी नई है, और इससे पहले की किसी भी चीज़ से इतनी भिन्न है कि शीर्ष शोधकर्ता भी महत्वपूर्ण और मौलिक तत्वों के बारे में अंधेरे में रहते हैं।

प्रोग्रामरों को वास्तविक हार्डवेयर पर क्वांटम के लिए कोड सिखाना फिलहाल सवाल से बाहर है। माइक्रोसॉफ्ट की क्वांटम प्रोग्रामिंग भाषा, क्यू#, प्रोग्रामिंग शुरू करने के लिए आवश्यक उपकरणों तक सरल पहुंच प्रदान करके उस समस्या को दूर करती है। इसका मतलब है कि Q# को जितना संभव हो उतना परिचित और सुलभ बनाना, जबकि वैज्ञानिक क्वांटम कंप्यूटर कैसे काम करते हैं, इसके बुनियादी सिद्धांतों में सफलता हासिल करना जारी रखते हैं।

Q# भयानक दस्तावेज़ों और खराब तरीके से समझाए गए इंस्टॉलरों की दीवार के पीछे छिपा नहीं है। प्रोग्रामर इसे विज़ुअल स्टूडियो के माध्यम से एक्सेस कर सकते हैं, दुनिया का सबसे लोकप्रिय विकास वातावरण. और प्रोग्रामर को इसका उपयोग करने के लिए क्वांटम कंप्यूटर तक पहुंच की आवश्यकता नहीं है।

इसके बजाय, वे प्रोग्राम कर सकते हैं जैसे कि उनका कोड वास्तविक क्वांटम डिवाइस पर चलेगा लेकिन फिर इसे वर्चुअल सिमुलेशन पर चलाएंगे। यह संभव है क्योंकि क्वांटम कंप्यूटर को अपनी पूर्ण, स्वतंत्र प्रणाली के रूप में नहीं माना जाता है, बल्कि एक त्वरक के रूप में जिसे शास्त्रीय कंप्यूटर चलाने वाले शास्त्रीय कंप्यूटर द्वारा बुलाया जाता है कोड.

“हम कल्पना करते हैं कि क्वांटम कंप्यूटर Azure में उपयोग करने के लिए GPU, FPGA, ASIC के अलावा एक और संसाधन है। स्वोर ने डिजिटल ट्रेंड्स को बताया, "एज़्योर यह संपूर्ण ताना-बाना बन गया है जिसमें इसकी गणना, एक क्वांटम कंप्यूटर शामिल है।"

अधिकांश प्रोग्रामर विशिष्ट कार्यों के लिए उद्देश्य-निर्मित हार्डवेयर का उपयोग करने से परिचित हैं, और अधिकांश क्लाउड में संसाधनों पर कॉल करने से परिचित हैं। Q# सक्रिय करना उन प्रसिद्ध कार्यों से अलग नहीं है। क्वांटम हार्डवेयर विदेशी और दुर्लभ हो सकता है, लेकिन Microsoft Q# के लिए जो प्रोग्रामिंग वातावरण प्रदान करता है वह है ठीक वैसा ही जैसा आज आप देखेंगे यदि आप अधिकतम फॉर्च्यून 500 प्रोग्रामर के कंधे पर नज़र डालें कंपनियां. यह इसे बहुत कम डराने वाला बनाता है।

"अंतिम दृष्टिकोण यह है कि उपयोगकर्ता यह नहीं कह रहा है 'ठीक है, अब मुझे यह ऐप लेना होगा और इसे सीपीयू पर इस हिस्से पर चलाना होगा, इस हिस्से को यहां, इस हिस्से को वहां,'' स्वोर ने कहा। “यह क्वांटम कंप्यूटिंग के साथ भी वैसा ही है। हम चाहते हैं कि त्वरक निर्बाध हो।''

एक क्वांटम समुदाय

प्रोग्रामर मुफ़्त ट्यूटोरियल के एक सेट के माध्यम से Q# से अपना परिचय दे सकते हैं जिसे Microsoft क्वांटम कटास कहता है। प्रत्येक पाठ में "एक निश्चित क्वांटम कंप्यूटिंग विषय पर कार्यों का अनुक्रम" शामिल होता है जिसे हल करने के लिए प्रोग्रामर को चुनौती दी जाती है। सही समाधान ढूंढना लक्ष्य है, लेकिन यात्रा भी उतनी ही महत्वपूर्ण है। कटास को एक ही बार में हल करने के लिए नहीं बनाया गया है। वे परीक्षण-और-त्रुटि के माध्यम से पढ़ाते हैं, साथ ही प्रोग्रामरों को क्वांटम प्रोग्रामिंग की मूल बातों से परिचित कराते हैं।

माइक्रोसॉफ्ट के रिसर्च सॉफ्टवेयर डेवलपमेंट इंजीनियर क्रिस ग्रेनाडे ने यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी सिडनी द्वारा आयोजित एक ट्यूटोरियल सत्र में भाग लेने के दौरान इन्हें स्वयं देखा। उन्होंने डिजिटल ट्रेंड्स को बताया, "यह देखना वास्तव में आश्चर्यजनक था कि लोग क्वांटम में शून्य ज्ञान से इसे लिखने तक जा सकते हैं।" “परिवर्तनकारी बात यह थी कि जब लोगों को कोई ग़लतफ़हमी होती थी, तो वे इससे पीड़ित नहीं होते थे। वे कटास चला सकते थे, वे गलत उत्तर देख सकते थे, और उस फीडबैक से लोगों को वास्तव में हाथों-हाथ समझने में मदद मिली।

वह व्यावहारिक अनुभव तुरंत क्वांटम कंप्यूटिंग को एक सैद्धांतिक अवधारणा से व्यावहारिक वास्तविकता में बदल देता है, जिससे लोगों के इसे देखने के तरीके में बहुत फर्क पड़ता है। प्रोग्रामर भौतिक वस्तुएं नहीं बना सकते हैं, लेकिन वे किसी भी अन्य शिल्पकार की तरह फीडबैक देखने के आदी हैं। वे एक चीज़ बनाते हैं और यह काम करती है - या यह नहीं करती है। Q# और क्वांटम कटास क्वांटम प्रोग्रामिंग में फीडबैक का वह स्तर लाते हैं, जिससे किसी भी इच्छुक व्यक्ति को गहराई से जानने और यह समझने का मौका मिलता है कि क्वांटम कंप्यूटिंग क्या संभव बनाती है।

ग्रेनेड ने जो बदलाव व्यक्तिगत रूप से देखा वह सिर्फ कक्षाओं में नहीं हो रहा है। क्वांटम डेवलपमेंट किट, जिसका Q# एक हिस्सा है, को ओपन-सोर्स लाइसेंस के तहत कोई भी डाउनलोड कर सकता है। इच्छुक डेवलपर्स न केवल इसका उपयोग शुरू कर सकते हैं, बल्कि समुदाय में सक्रिय रूप से योगदान भी कर सकते हैं। स्वोर ने डिजिटल ट्रेंड्स को बताया कि QDK डाउनलोड संख्या "हजारों की ऊपरी संख्या" और प्रतिभागियों में है पहले से ही नए एल्गोरिदम सहित "मुट्ठी भर महत्वपूर्ण योगदान" जोड़ चुके हैं दस्तावेज़ीकरण.

अभी भी एक विशिष्ट स्थान होने के बावजूद, यह क्वांटम डेवलपमेंट किट प्रवेश की सीमा को इतना नीचे रखता है कि एक नौसिखिया के लिए भी प्रोग्रामर Q# के साथ प्रयोग करना शुरू कर सकता है और ऐसा करते हुए, यह समझना शुरू कर सकता है कि क्वांटम कंप्यूटिंग क्या बनाती है सही का निशान लगाना। यह न केवल प्रोग्रामर के लिए, बल्कि क्वांटम भौतिकी के पूरे क्षेत्र के लिए उपयोगी है। क्वांटम सिद्धांतों की व्याख्या करना एक बड़ा सिरदर्द है, न केवल इसलिए कि क्वांटम दुनिया "शास्त्रीय" की तुलना में अजीब है अधिकांश प्रोग्रामर भौतिकी जानते हैं, लेकिन इसलिए भी कि क्वांटम भौतिकी के व्यावहारिक निहितार्थ कठिन हो सकते हैं दिखाना।

शास्त्रीय कंप्यूटर बाइनरी निरपेक्षता से निपटते हैं। 1s और 0s. बंद या चालू. क्वांटम संभावनाओं से संबंधित है, और क्वांटम के लिए प्रोग्रामिंग का अर्थ है एल्गोरिदम बनाना जो सही समाधान उत्पन्न करने के लिए संभावनाओं में हेरफेर करता है। “आप जानते हैं कि इस लहर में मेरा समाधान भी शामिल है। इन अन्य तरंगों में समाधान नहीं शामिल है। इसलिए, मैं चाहता हूं कि वे तरंगें, जब वे हस्तक्षेप करती हैं, दूर हो जाएं," स्वोरे ने समझाया। “और मैं चाहता हूं कि वह लहर जिसमें मेरा समाधान भी शामिल हो, वास्तव में बड़ी हो। अंत में, हम क्वांटम अवस्थाओं को मापते हैं। जितनी ऊंची लहर होगी, उतनी ही ऊंची लहर निकलने की संभावना अधिक होगी। इसी तरह हम क्वांटम एल्गोरिदम डिज़ाइन करते हैं।"

क्या आप समझते हैं स्वोर का मतलब क्या है?

यदि नहीं, तो बुरा मत मानना. इसे समझना आसान नहीं है, और इसे प्रदर्शित करना भी आसान नहीं है। यहां तक ​​कि श्रोडिंगर की प्रसिद्ध बिल्ली की तरह क्वांटम यांत्रिकी को सरल बनाने के लिए किए गए विचार भी आपको अपना सिर खुजलाने पर मजबूर कर सकते हैं।

माइक्रोसॉफ्ट को उम्मीद है कि क्यू# और क्वांटम कटास, इस विषय पर विचार करने के लिए व्यावहारिक विकल्प पेश करेंगे। “आपको भौतिकी जानने की आवश्यकता नहीं है। आपको क्वांटम यांत्रिकी जानने की आवश्यकता नहीं है। वास्तव में, मैं स्वीकार करूंगा कि मैंने स्नातक विद्यालय तक क्वांटम यांत्रिकी नहीं ली थी,'' स्वोर ने कहा। “मैंने कॉलेज में भौतिकी विषय लिए बिना ही क्वांटम कंप्यूटिंग में प्रवेश किया। मैं प्रशिक्षण से एक कंप्यूटर वैज्ञानिक हूं।

क्वांटम प्रोग्रामिंग प्रोग्रामरों को उन उपकरणों को त्यागे बिना, जिन पर वे भरोसा करते आए हैं, क्वांटम सिद्धांतों का व्यावहारिक उपयोग करने का मौका देकर अंतर्दृष्टि की एक खिड़की बन सकती है। भौतिकी सीखने में वर्षों बिताने की कोई आवश्यकता नहीं है। बस आगे बढ़ें, एक एप्लिकेशन बनाएं जो Q# का उपयोग करता हो, और देखें कि क्या होता है।

कल की तैयारी

आज Q# का व्यावहारिक उपयोग सीमित है क्योंकि कॉल करने के लिए कोई हार्डवेयर नहीं है। माइक्रोसॉफ्ट ने अभी तक क्वांटम कंप्यूटर नहीं बनाया है, और यदि ऐसा होता भी, तो उपयोगी गणनाएँ करने के लिए यह बहुत ही आदिम होगा। लेकिन एक प्रोग्रामर सिम्युलेटेड क्वांटम कंप्यूटर पर Q# चलाकर अपने काम की जांच कर सकता है। इससे क्वांटम के लिए एक प्रोग्राम को इस उचित उम्मीद के साथ कोड करना संभव हो जाता है कि एक बार हार्डवेयर उपलब्ध हो जाए, तो यह काम करेगा।

यह महत्वपूर्ण है. क्वांटम कंप्यूटर महज एक बेहतर आधुनिक पीसी नहीं हैं। वे मौलिक रूप से भिन्न हैं। जटिल समस्याओं को हल करने के लिए उन्हें अलग हार्डवेयर, अलग एल्गोरिदम और एक अलग दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है। यहां तक ​​​​कि अगर कोई समय यात्री एक कार्यात्मक, स्थिर, मिलियन-क्यूबिट क्वांटम कंप्यूटर के साथ दिखाई देता है, तो हमें इसे उपयोग में लाने में परेशानी होगी, जैसे कि रोमन विद्वानों को लैपटॉप मिलने पर परेशानी होगी। 99.9 प्रतिशत आधुनिक डेवलपर्स, प्रोग्रामर और कंप्यूटर वैज्ञानिकों के पास क्वांटम के लिए कोडिंग का शून्य अनुभव है, और उन्हें पता नहीं है कि क्वांटम भौतिकी कैसे काम करती है। अधिक प्रभावशाली खोजें करने से पहले बुनियादी बातों का परिचय दिया जाना चाहिए।

इसे सिखाने में समय लगेगा - लेकिन माइक्रोसॉफ्ट का Q# एक महत्वपूर्ण कदम है।

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