Microsoft-ის კვანტური პროგრამირების ენა, Q#, დაგეხმარებათ კვანტური ფიზიკის შესწავლაში

კომპიუტერები უცნაურს გახდებიან.

ათწლეულების შემდეგ, როგორც თეორია, პირველი კვანტური კომპიუტერები ახლა სხედან რამდენიმე ლაბორატორიაში მთელს მსოფლიოში. ისინი ელემენტარულია და, სავარაუდოდ, ნაკლებად პრაქტიკული, ვიდრე ადრეული ელექტრონული კომპიუტერები, როგორიცაა 50 ტონიანი ENIAC. მიუხედავად ამისა, მკვლევარები წინ მიიწევენ. IBM, Google და Intel პროგრესირებს კვანტურ აპარატურაზე და პრაქტიკული კვანტური კომპიუტერი საბოლოოდ იგრძნობა ახლო მომავლის რეალობად და არა სამეცნიერო ფანტასტიკის საგანი.

ეს არის შესაძლებლობა. ეს ასევე პრობლემაა. კვანტური ფიზიკა არის ტელეპორტაციისა და ალბათობის უცნაური სფერო, რომელიც არ იცავს ჩვენთვის ნაცნობ წესებს. ადამიანების უმეტესობას არ ესმის კვანტური მექანიკა და ეს მოიცავს პროგრამისტებს, ადამიანებს, რომლებსაც დასჭირდებათ კვანტური კომპიუტერების პრაქტიკული გამოყენება.

მაიკროსოფტს აქვს მათი განათლების გეგმა.

იდუმალების მიახლოება

ნებისმიერ დეველოპერს, რომელიც ცდილობს ისწავლოს ახალი პროგრამირების ენა, როგორიცაა C# ან Javascript, სურს დაუყოვნებლივ გამოიყენოს თავისი გაკვეთილები. თუმცა კვანტური გამოთვლის ჩვილობამ შეიძლება ეს გაართულოს. მრავალი კვანტური მოწყობილობისთვის პროგრამის შექმნა ძალიან ჰგავს ორობითი მანქანის კოდით ჩაწერის მცდელობას – გარდა კიდევ უფრო რთული, რადგან კვანტური მექანიკა. ეს არ არის მხოლოდ ის სფერო, რომელიც კარგად არის გასაგები, მაგრამ ძნელად თარგმნა. ეს არის კვლევის სფერო, სადაც ზოგიერთი საფუძვლები უცნობია.

ეს მოიცავს მიზეზს რატომ მუშაობს კვანტური კომპიუტერები. „რაც ჩვენ გვაქვს კვანტურ გამოთვლებში არის მტკიცებულება იმისა, რომ კვანტურ კომპიუტერებს შეუძლიათ აჯობონ კლასიკურ კომპიუტერებს. თქვა კრისტა სვორემ, პრინციპული კვლევის მენეჯერმა Microsoft-ის Quantum Architectures and Computation ჯგუფში. ”წმიდა გრაალი ჩვენს სფეროში იქნება ამის რეალური მათემატიკური დასტური.”

კვანტური გამოთვლები იმდენად ახალია და ისე განსხვავებულად, რაც ადრე იყო, რომ წამყვანი მკვლევარებიც კი ბნელში რჩებიან მნიშვნელოვანი და ფუნდამენტური ელემენტების შესახებ.

პროგრამისტებისთვის რეალურ აპარატზე კვანტური კოდირების სწავლება ჯერჯერობით გამორიცხულია. Microsoft-ის კვანტური პროგრამირების ენა, Q#, ამ პრობლემას გვერდიდან აცილებს პროგრამირების დასაწყებად საჭირო ინსტრუმენტებზე მარტივი წვდომის შეთავაზებით. ეს ნიშნავს Q# რაც შეიძლება ნაცნობი და ხელმისაწვდომი გახადოს, მაშინაც კი, როცა მეცნიერები აგრძელებენ გარღვევას კვანტური კომპიუტერების მუშაობის საფუძვლებში.

Q# არ არის მოქცეული საშინელი დოკუმენტაციისა და ცუდად ახსნილი ინსტალატორების კედლის მიღმა. პროგრამისტებს შეუძლიათ მასზე წვდომა Visual Studio-ს მეშვეობით, მსოფლიოში ყველაზე პოპულარული განვითარების გარემო. და პროგრამისტებს არ სჭირდებათ წვდომა კვანტურ კომპიუტერზე მის გამოსაყენებლად.

ამის ნაცვლად, მათ შეუძლიათ დაპროგრამონ ისე, თითქოს მათი კოდი გაშვებული იყოს რეალურ კვანტურ მოწყობილობაზე, მაგრამ შემდეგ გაუშვან იგი ვირტუალურ სიმულაციაზე. ეს შესაძლებელია, რადგან კვანტური კომპიუტერი არ განიხილება, როგორც მისი სრული, დამოუკიდებელი სისტემა, მაგრამ ამის ნაცვლად, როგორც ამაჩქარებელი, რომელსაც იყენებს კლასიკური კომპიუტერი, რომელიც მუშაობს კლასიკურ კომპიუტერზე კოდი.

„ჩვენ წარმოვიდგენთ, რომ კვანტური კომპიუტერი იყოს Azure-ის კიდევ ერთი რესურსი, შემდეგ რომ ვთქვათ GPU, FPGA, ASIC, გამოსაყენებლად. Azure ხდება მთელი ეს ქსოვილი, რომელიც თავის გამოთვლებში მოიცავს კვანტურ კომპიუტერს“, - განუცხადა სვორმა Digital Trends-ს.

პროგრამისტების უმეტესობა იცნობს სპეციალურად შექმნილი ტექნიკის გამოყენებას კონკრეტული ამოცანებისთვის და უმეტესობა იცნობს ღრუბელში რესურსების მოწოდებას. Q#-ის გაშვება არ განსხვავდება იმ კარგად ცნობილი ამოცანებისგან. კვანტური აპარატურა შეიძლება იყოს ეგზოტიკური და იშვიათი, მაგრამ პროგრამირების გარემო, რომელსაც Microsoft გთავაზობთ Q#-ისთვის ზუსტად ის, რასაც დღეს დაინახავდით, თუ პროგრამისტის მხარზე გადახედავთ მაქსიმუმ Fortune 500-ს კომპანიები. ეს მას გაცილებით ნაკლებად აშინებს.

”საბოლოო ხედვა არის ის, რომ მომხმარებელი არ ამბობს: ”კარგი, ახლა მე უნდა ავიღო ეს აპლიკაცია და გავუშვა ის ამ ნაწილზე CPU-ზე, ეს ნაწილი აქ, ეს ნაწილი იქ”, - თქვა სვორმა. „იგივეა კვანტურ გამოთვლებთან დაკავშირებით. ჩვენ გვინდა, რომ ამაჩქარებელი იყოს უწყვეტი.”

კვანტური საზოგადოება

პროგრამისტებს შეუძლიათ გააცნონ თავი Q#-ს უფასო გაკვეთილების საშუალებით, რომლებსაც Microsoft უწოდებს Quantum Katas-ს. თითოეული გაკვეთილი მოიცავს „დავალებების თანმიმდევრობას კვანტური გამოთვლის გარკვეულ თემაზე“, რომლის გადაჭრაც პროგრამისტებს უწევთ. სწორი გადაწყვეტის პოვნა არის მიზანი, მაგრამ მოგზაურობა ისეთივე მნიშვნელოვანია. კატას არ არის გათვლილი ერთი პასით მოსაგვარებლად. ისინი ასწავლიან ცდისა და შეცდომის საშუალებით, პროგრამისტებს აცნობენ კვანტური პროგრამირების საფუძვლებს.

კრის გრანადი, კვლევითი პროგრამული უზრუნველყოფის განვითარების ინჟინერი Microsoft-ში, თავად ნახა ისინი, როდესაც ესწრებოდა სასწავლო სესიას, რომელსაც მასპინძლობდა სიდნეის ტექნოლოგიური უნივერსიტეტი. „ნამდვილად გასაოცარი იყო იმის ყურება, რომ ადამიანებს შეეძლოთ კვანტური ცოდნის ნულიდან მის დაწერაზე გადასვლა“, განუცხადა მან Digital Trends-ს. ”რაც გარდამტეხი იყო, ის იყო, რომ როდესაც ადამიანებს გაუგებრობა ჰქონდათ, ისინი არ განიცდიდნენ ამას. მათ შეეძლოთ კატას გაშვება, მათ დაინახეს არასწორი პასუხი და ამ გამოხმაურებამ მართლაც გააცნობიერა ხალხი პრაქტიკული გზით. ”

ეს პრაქტიკული გამოცდილება დაუყოვნებლივ გარდაქმნის კვანტურ გამოთვლას თეორიული კონცეფციიდან პრაქტიკულ რეალობად, რაც განასხვავებს იმას, თუ როგორ უახლოვდებიან ადამიანები მას. პროგრამისტები შეიძლება არ ქმნიან ფიზიკურ ობიექტებს, მაგრამ ისინი შეჩვეულნი არიან უკუკავშირის ყურებას, ისევე როგორც სხვა ხელოსნებს. ისინი ქმნიან ნივთს და ის მუშაობს - ან არა. Q# და Quantum Katas მოაქვს ამ დონის უკუკავშირი კვანტურ პროგრამირებას, რაც ნებისმიერ მსურველს აძლევს შანსს ჩათხაროს და გაიგოს, თუ რა საშუალებას იძლევა კვანტური გამოთვლა.

ცვლილება Granade-მ პირადად არ ხდება მხოლოდ საკლასო ოთახებში. Quantum Development Kit, რომლის ნაწილია Q#, ნებისმიერს შეუძლია ჩამოტვირთოთ ღია კოდის ლიცენზიით. დაინტერესებულ დეველოპერებს შეუძლიათ არა მხოლოდ დაიწყონ მისი გამოყენება, არამედ აქტიური წვლილი შეიტანონ საზოგადოებაში. სვორმა განუცხადა Digital Trends-ს, რომ QDK ჩამოტვირთვების რიცხვი "ზედა ათეულ ათასობით" და მონაწილეები უკვე დაამატეს „უამრავი მნიშვნელოვანი წვლილი“, მათ შორის ახალი ალგორითმები და დოკუმენტაცია.

მიუხედავად იმისა, რომ ჯერ კიდევ ნიშა, ეს Quantum Development Kit განათავსებს შესვლის ბარს საკმარისად დაბლა, რომ თუნდაც ახალბედა პროგრამისტს შეუძლია დაიწყოს Q#-ით ექსპერიმენტები და ამით დაიწყოს იმის გაგება, თუ რა ქმნის კვანტურ გამოთვლებს ტკიპა. ეს სასარგებლოა არა მხოლოდ პროგრამისტებისთვის, არამედ კვანტური ფიზიკის მთელი სფეროსთვის. კვანტური თეორიების ახსნა დიდი თავის ტკივილია არა მხოლოდ იმიტომ, რომ კვანტური სამყარო უცნაურია "კლასიკურთან" შედარებით. ფიზიკა პროგრამისტთა უმეტესობამ იცის, მაგრამ ასევე იმიტომ, რომ კვანტური ფიზიკის პრაქტიკული შედეგები შეიძლება რთული იყოს დემონსტრირება.

კლასიკური კომპიუტერები ეხება ბინარულ აბსოლუტურებს. 1-ები და 0-ები. გამორთულია ან ჩართული. Quantum ეხება ალბათობებს, ხოლო კვანტური პროგრამირება ნიშნავს ალგორითმების შექმნას, რომლებიც მანიპულირებენ ალბათობებს სწორი ამოხსნის შესაქმნელად. „თქვენ იცით, რომ ეს ტალღა მოიცავს ჩემს გადაწყვეტას. ეს სხვა ტალღები არ შეიცავს გამოსავალს. ასე რომ, მე მინდა, რომ ეს ტალღები, როდესაც ისინი ხელს უშლიან, გაქრეს, ”- განმარტა სვორემ. „და მე მინდა, რომ ტალღა, რომელიც მოიცავს ჩემს გადაწყვეტას, ძალიან დიდი გახდეს. დასასრულს ჩვენ ვზომავთ კვანტურ მდგომარეობებს. მაღალი ტალღის ამოღების ალბათობა უფრო მაღალია, რაც უფრო მაღალია ეს ტალღა. ასე ვქმნით კვანტურ ალგორითმებს“.

გესმის რას ნიშნავს სვორე?

თუ არა, ნუ იგრძნობ თავს ცუდად. ეს არ არის ადვილი მისახვედრი და არც ადვილია დემონსტრირება. სააზროვნო ექსპერიმენტებმაც კი, რომლებიც მიზნად ისახავს კვანტური მექანიკის გამარტივებას, როგორიცაა შროდინგერის ცნობილი კატა, შეიძლება დაგატეხოთ თავი.

Microsoft იმედოვნებს, რომ Q# და Quantum Katas შესთავაზებენ პრაქტიკულ ალტერნატივას ამ საკითხთან დაკავშირებით. ”თქვენ არ გჭირდებათ ფიზიკის ცოდნა. თქვენ არ გჭირდებათ კვანტური მექანიკის ცოდნა. სინამდვილეში, ვაღიარებ, რომ კვანტურ მექანიკას ასპირანტურამდე არ მიმიღია“, - თქვა სვორემ. ”მე შევედი კვანტურ გამოთვლებში კოლეჯში ფიზიკის გარეშე. ტრენინგებით კომპიუტერის მეცნიერი ვარ. ”

კვანტური პროგრამირება შეიძლება გახდეს გამჭრიახობის ფანჯარა იმით, რომ პროგრამისტებს მიეცით საშუალება გამოიყენონ კვანტური თეორიები პრაქტიკული გამოყენების გარეშე იმ ინსტრუმენტებზე, რომლებსაც ისინი დაეყრდნობოდნენ. არ არის საჭირო წლები დახარჯო ფიზიკის სწავლაში. უბრალოდ შედით, შექმენით აპლიკაცია, რომელიც იყენებს Q# და ნახეთ რა მოხდება.

ემზადება ხვალინდელი დღისთვის

Q#-ის დღევანდელი პრაქტიკული გამოყენება შეზღუდულია, რადგან არ არსებობს აპარატურა დასარეკად. მაიკროსოფტს ჯერ არ შეუქმნია კვანტური კომპიუტერი, და რომც ყოფილიყო, ძალიან პრიმიტიული იქნებოდა სასარგებლო გამოთვლების შესრულება. მაგრამ პროგრამისტს შეუძლია შეამოწმოს თავისი სამუშაო Q# იმიტირებულ კვანტურ კომპიუტერზე გაშვებით. ეს შესაძლებელს ხდის პროგრამის დაშიფვრას კვანტურისთვის გონივრული მოლოდინით, რომ მას შემდეგ რაც აპარატურა ხელმისაწვდომი იქნება, ის იმუშავებს.

ეს გადამწყვეტია. კვანტური კომპიუტერები არ არის მხოლოდ უკეთესი თანამედროვე კომპიუტერი. ისინი ფუნდამენტურად განსხვავდებიან. მათ სჭირდებათ სხვადასხვა აპარატურა, სხვადასხვა ალგორითმები და განსხვავებული მიდგომა რთული პრობლემების გადასაჭრელად. მაშინაც კი, თუ დროში მოგზაური გამოჩნდებოდა ფუნქციონალური, სტაბილური, მილიონი კუბიტიანი კვანტური კომპიუტერით, ჩვენ გაგვიჭირდებოდა მისი გამოყენება, ისევე როგორც რომაელი მეცნიერები დაბნეულნი იქნებიან, თუ ლეპტოპს გადასცემდნენ. თანამედროვე დეველოპერების, პროგრამისტებისა და კომპიუტერული მეცნიერების 99,9 პროცენტს აქვს კვანტური კოდირების ნულოვანი გამოცდილება და წარმოდგენა არ აქვს როგორ მუშაობს კვანტური ფიზიკა. საფუძვლები უნდა დაინერგოს უფრო შთამბეჭდავი აღმოჩენების გაკეთებამდე.

ამას დრო დასჭირდება - მაგრამ Microsoft-ის Q# მნიშვნელოვანი წინგადადგმული ნაბიჯია.

რედაქტორების რეკომენდაციები

• ახლა ChatGPT-ს შეუძლია Windows 11-ის მოქმედი გასაღებების გენერირება უფასოდ
• მაიკროსოფტმა შესაძლოა უგულებელყო გაფრთხილებები Bing Chat-ის დაუსაბუთებელი პასუხების შესახებ
• ჩინელი ჰაკერები მიზნად ისახავს აშშ-ს კრიტიკულ ინფრასტრუქტურას, გვაფრთხილებს Microsoft
• ახლა შეგიძლიათ სცადოთ ავატარები და ვირტუალური სივრცეები Microsoft Teams-ში
• Microsoft Build 2023: ყველაზე დიდი განცხადებები AI-ში, Windows-ში და სხვა