Microsoft의 양자 프로그래밍 언어인 Q#은 양자 물리학을 배우는 데 도움이 될 수 있습니다.

컴퓨터가 이상해질 것입니다.

이론상 수십 년이 지난 후, 최초의 양자 컴퓨터는 이제 전 세계의 선택된 몇몇 연구실에 자리잡고 있습니다. 그것들은 초보적이며 50톤 ENIAC과 같은 초기 전자 컴퓨터보다 실용성이 떨어집니다. 그러나 연구자들은 진전을 이루고 있습니다. IBM, Google, Intel이 발전하고 있습니다. 양자 하드웨어에서, 그리고 실용적인 양자 컴퓨터는 마침내 공상 과학의 주제가 아닌 가까운 미래의 현실처럼 느껴집니다.

그것은 기회입니다. 그것도 문제다. 양자물리학은 우리에게 익숙한 규칙을 따르지 않는 이상한 순간이동과 확률의 영역입니다. 대부분의 사람들은 양자 역학을 이해하지 못하며, 여기에는 양자 컴퓨터를 실용화해야 하는 프로그래머도 포함됩니다.

Microsoft는 이들을 교육할 계획을 가지고 있습니다.

미스터리에 접근하기 쉽게 만들기

C#이나 Javascript와 같은 새로운 프로그래밍 언어를 배우려는 개발자라면 누구나 강의를 즉시 활용하고 싶어합니다. 그러나 양자 컴퓨팅의 초기 단계는 이를 어렵게 만들 수 있습니다. 많은 양자 장치용 프로그램을 만드는 것은 양자 역학 때문에 훨씬 더 어려운 점을 제외하면 이진 기계 코드로 작성하는 것과 매우 유사합니다. 이것은 잘 이해되지만 번역하기 어려운 분야가 아닙니다. 이는 일부 기본 사항이 알려지지 않은 연구 분야입니다.

그 이유도 포함돼요 왜 양자 컴퓨터가 작동합니다. “양자 컴퓨팅에서 우리가 갖고 있는 것은 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 성능이 뛰어나다는 증거입니다.” 원칙 연구 관리자인 Krysta Svore는 말했습니다. Microsoft의 Quantum Architectures and Computation 그룹에서 근무하고 있습니다. "우리 분야의 성배는 이에 대한 실제적인 수학적 증거가 될 것입니다."

양자 컴퓨팅은 너무나 새롭고 이전의 어떤 것과도 다르기 때문에 최고의 연구자조차도 중요하고 기본적인 요소에 대해 어둠 속에 남아 있습니다.

프로그래머에게 실제 하드웨어에서 양자 코드를 가르치는 것은 현재로서는 불가능합니다. Microsoft의 양자 프로그래밍 언어인 Q#은 프로그래밍을 시작하는 데 필요한 도구에 대한 간단한 액세스를 제공하여 이러한 문제를 회피합니다. 이는 과학자들이 양자 컴퓨터 작동 방식의 기본 사항에 대한 획기적인 발전을 계속하는 동안에도 Q#을 최대한 친숙하고 접근하기 쉽게 만드는 것을 의미합니다.

Q#은 끔찍한 문서와 제대로 설명되지 않은 설치 프로그램의 벽 뒤에 숨겨져 있지 않습니다. 프로그래머는 Visual Studio를 통해 액세스할 수 있습니다. 세계에서 가장 인기 있는 개발 환경. 그리고 프로그래머는 이를 사용하기 위해 양자 컴퓨터에 액세스할 필요가 없습니다.

대신 코드가 실제 양자 장치에서 실행되는 것처럼 프로그래밍한 다음 가상 시뮬레이션에서 실행할 수 있습니다. 그것은 양자컴퓨터가 그 자체로 완전하고 독립적인 시스템으로 취급되지 않기 때문에 가능한 일이다. 대신에 클래식 컴퓨터를 실행하는 클래식 컴퓨터에서 호출되는 가속기로 사용됩니다. 암호.

“우리는 GPU, FPGA, ASIC 다음으로 양자 컴퓨터가 Azure의 또 다른 리소스가 될 것으로 예상합니다. Azure는 컴퓨팅에 양자 컴퓨터를 포함하는 전체 패브릭이 됩니다.”라고 Svore는 Digital Trends에 말했습니다.

대부분의 프로그래머는 특정 작업을 위해 특별히 제작된 하드웨어를 사용하는 데 익숙하며 대부분은 클라우드의 리소스를 호출하는 데 익숙합니다. Q#을 실행하는 것은 잘 알려진 작업과 다르지 않습니다. 양자 하드웨어는 이색적이고 희귀할 수 있지만 Microsoft가 Q#에 제공하는 프로그래밍 환경은 Fortune 500대 기업의 프로그래머를 어깨 너머로 본다면 오늘날 여러분이 보게 될 것과 정확히 같습니다. 회사. 그러면 훨씬 덜 위협적입니다.

Svore는 "궁극적인 비전은 사용자가 '좋아, 이제 이 앱을 CPU의 이 부분, 이 부분은 여기, 이 부분은 저기에서 실행해야 한다'라고 말하지 않는 것입니다."라고 말했습니다. “양자컴퓨팅도 마찬가지다. 우리는 가속기가 원활하게 작동하기를 원합니다.”

양자 커뮤니티

프로그래머는 Microsoft에서 Quantum Katas라고 부르는 무료 자습서 세트를 통해 Q#을 소개할 수 있습니다. 각 수업에는 프로그래머가 해결해야 하는 "특정 양자 컴퓨팅 주제에 대한 일련의 작업"이 포함됩니다. 올바른 솔루션을 찾는 것이 목표이지만 여정도 그만큼 중요합니다. 카타는 한 번의 패스로 해결될 수 없습니다. 그들은 시행착오를 통해 가르치며 그 과정에서 프로그래머에게 양자 프로그래밍의 기본 사항을 소개합니다.

Microsoft의 연구 소프트웨어 개발 엔지니어인 Chris Granade는 University of Technology Sydney에서 주최하는 튜토리얼 세션에 참석하면서 직접 이러한 기능을 확인했습니다. “사람들이 양자에 대한 지식이 전혀 없는 상태에서 그것을 쓸 수 있다는 것을 보는 것은 정말 놀라운 일이었습니다.”라고 그는 Digital Trends에 말했습니다. “변혁적인 점은 사람들이 오해를 해도 그로 인해 고통받지 않는다는 것입니다. 그들은 카타를 실행할 수 있었고, 잘못된 답이 나온 것을 볼 수 있었고, 그 피드백을 통해 사람들은 실제로 실무적인 방식으로 이해할 수 있었습니다.”

이러한 실제 경험은 양자 컴퓨팅을 이론적인 개념에서 실제 현실로 즉시 전환시켜 사람들이 접근하는 방식에 큰 변화를 가져옵니다. 프로그래머는 물리적인 물체를 만들 수는 없지만 다른 공예가와 마찬가지로 피드백을 보는 데 익숙합니다. 그들은 무언가를 창조하고 작동하거나 작동하지 않습니다. Q#과 Quantum Katas는 양자 프로그래밍에 이러한 수준의 피드백을 제공하여 관심 있는 모든 사람이 양자 컴퓨팅이 무엇을 가능하게 하는지 자세히 알아보고 이해할 수 있는 기회를 제공합니다.

Granade가 직접 확인한 변화는 교실에서만 일어나는 것이 아닙니다. Q#이 포함된 Quantum Development Kit는 오픈 소스 라이선스에 따라 누구나 다운로드할 수 있습니다. 관심 있는 개발자는 사용을 시작할 수 있을 뿐만 아니라 커뮤니티에 적극적으로 기여할 수도 있습니다. Svore는 Digital Trends에 QDK 다운로드 수는 "수만 개 이상"에 달하며 참가자들은 다음과 같이 말했습니다. 이미 새로운 알고리즘과 선적 서류 비치.

아직 틈새시장이지만 이 양자 개발 키트는 초보자도 사용할 수 있을 만큼 진입 장벽을 낮춥니다. 프로그래머는 Q#으로 실험을 시작할 수 있으며, 이를 통해 양자 컴퓨팅을 만드는 요소를 이해하기 시작할 수 있습니다. 진드기. 이는 프로그래머뿐만 아니라 양자물리학 전체 분야에 도움이 됩니다. 양자 이론을 설명하는 것은 양자 세계가 "고전" 세계에 비해 이상하기 때문만이 아니라 큰 골칫거리입니다. 대부분의 프로그래머는 물리학을 알고 있지만 양자 물리학의 실제적인 의미를 이해하기 어려울 수도 있기 때문입니다. 입증하다.

클래식 컴퓨터는 이진 절대값을 처리합니다. 1과 0. 꺼짐 또는 켜짐. 양자는 확률을 다루고, 양자 프로그래밍은 확률을 조작하여 올바른 솔루션을 생성하는 알고리즘을 만드는 것을 의미합니다. “이 물결에는 내 솔루션이 포함되어 있다는 것을 알고 있습니다. 이러한 다른 물결에는 솔루션이 포함되지 않습니다. 그래서 나는 그 파도가 간섭할 때 사라지기를 원합니다.”라고 Svore는 설명했습니다. “그리고 저는 제 솔루션이 포함된 물결이 정말 커지기를 원합니다. 마지막에는 양자 상태를 측정합니다. 높은 파도가 나올 확률은 파도가 높을수록 높아집니다. 이것이 우리가 양자 알고리즘을 설계하는 방법입니다.”

Svore가 무슨 뜻인지 이해하시나요?

그렇지 않다면 기분 나빠하지 마십시오. 이해하기 쉽지 않고, 보여주기도 쉽지 않습니다. 슈뢰딩거의 유명한 고양이처럼 양자 역학을 단순화하기 위한 사고 실험조차도 머리를 긁게 만들 수 있습니다.

Microsoft는 Q#과 Quantum Katas가 이 주제에 접근하기 위한 실질적인 대안을 제공하기를 바라고 있습니다. “물리학을 알 필요는 없어요. 양자역학을 알 필요는 없습니다. 사실 저는 대학원에 갈 때까지 양자역학을 듣지 않았다는 것을 인정합니다.”라고 Svore는 말했습니다. “저는 대학에서 물리학을 전공하지 않고 양자컴퓨팅에 입문했습니다. 저는 훈련을 받은 컴퓨터 과학자입니다.”

양자 프로그래밍은 프로그래머에게 그들이 의존해온 도구를 버리지 않고도 양자 이론을 실제로 사용할 수 있는 기회를 제공함으로써 통찰력의 창이 될 수 있습니다. 물리학을 배우는데 수년을 보낼 필요가 없습니다. 바로 뛰어들어 Q#을 사용하는 애플리케이션을 만들고 무슨 일이 일어나는지 살펴보세요.

내일을 위한 준비

현재 Q#의 실제 사용은 호출할 하드웨어가 없기 때문에 제한적입니다. Microsoft는 아직 양자 컴퓨터를 구축하지 않았습니다., 설사 그것이 있었다고 해도 유용한 계산을 수행하기에는 너무 원시적일 것입니다. 하지만 프로그래머는 시뮬레이션된 양자 컴퓨터에서 Q#을 실행하여 작업 내용을 확인할 수 있습니다. 이를 통해 하드웨어를 사용할 수 있게 되면 작동할 것이라는 합리적인 기대를 가지고 양자 프로그램을 코딩하는 것이 가능해집니다.

그것은 매우 중요합니다. 양자 컴퓨터는 단지 더 나은 현대 PC가 아닙니다. 그들은 근본적으로 다릅니다. 복잡한 문제를 해결하려면 다른 하드웨어, 다른 알고리즘, 다른 접근 방식이 필요합니다. 기능적이고 안정적인 백만 큐비트 양자 컴퓨터를 가지고 시간 여행자가 나타난다고 해도 로마 학자들이 노트북을 건네주면 당황하는 것처럼 우리도 그것을 사용하기 어려울 것입니다. 현대 개발자, 프로그래머 및 컴퓨터 과학자의 99.9%는 양자 코딩 경험이 없으며 양자 물리학이 어떻게 작동하는지 전혀 모릅니다. 더 인상적인 발견이 이루어지기 전에 기본 사항이 소개되어야 합니다.

교육에는 시간이 걸리지만 Microsoft의 Q#은 중요한 진전입니다.

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