Мицрософтов квантни програмски језик, К#, могао би вам помоћи да научите квантну физику

Рачунари ће ускоро постати чудни.

Након деценија као теорија, први квантни рачунари сада се налазе у неколико одабраних лабораторија широм света. Они су рудиментарни и вероватно мање практични од раних електронских рачунара као што је ЕНИАЦ од 50 тона. Ипак, истраживачи напредују. ИБМ, Гоогле и Интел напредују на квантном хардверу, а практични квантни рачунар се коначно осећа као стварност блиске будућности уместо као предмет научне фантастике.

То је прилика. То је такође проблем. Квантна физика је чудна област телепортације и вероватноће која не прати правила која су нам позната. Већина људи не разуме квантну механику, а то укључује програмере, људе који ће морати да уведу квантне рачунаре у практичну употребу.

Мицрософт има план да их образује.

Учинити мистерију приступачном

Сваки програмер који жели да научи нови програмски језик, као што је Ц# или Јавасцрипт, жели да одмах искористи своје лекције. Ипак, дјетињство квантног рачунарства то може отежати. Креирање програма за многе квантне уређаје је слично покушају писања у бинарном машинском коду – осим што је још теже, због квантне механике. Ово није само област која се добро разуме већ је и тешко превести. То је област проучавања у којој су неке основе остале непознате.

То укључује и разлог зашто квантни рачунари раде. "Оно што имамо у квантном рачунарству су докази да квантни рачунари могу надмашити класичне рачунаре", рекла је Криста Своре, главни менаџер истраживања у Мицрософтовој групи за квантне архитектуре и рачунање. „Свети грал на нашем пољу би био прави математички доказ за то.”

Квантно рачунарство је толико ново, и толико различито од било чега пре њега, да чак и врхунски истраживачи остају у мраку о важним и фундаменталним елементима.

Подучавање програмера да кодирају за квант на стварном хардверу за сада не долази у обзир. Мицрософтов квантни програмски језик, К#, заобилази тај проблем нудећи једноставан приступ алатима потребним за почетак програмирања. То значи учинити К# што познатијим и приступачнијим, чак и док научници настављају да праве пробој у основама рада квантних рачунара.

К# није скривен иза зида ужасне документације и лоше објашњених инсталатера. Програмери му могу приступити преко Висуал Студио-а, најпопуларније развојно окружење на свету. А програмерима није потребан приступ квантном рачунару да би га користили.

Уместо тога, они могу да програмирају као да би њихов код радио на стварном квантном уређају, али онда га покренуо на виртуелној симулацији. То је могуће јер се квантни рачунар не третира као сопствени комплетан, независан систем, али уместо тога као акцелератор који позива класични рачунар који покреће класични рачунар код.

„Замишљамо да је квантни рачунар још један ресурс у Азуре-у, поред ГПУ-а, ФПГА, АСИЦ-а, који треба користити. Азуре постаје цела ова тканина која укључује у своје рачунарство, квантни рачунар“, рекао је Своре за Дигитал Трендс.

Већина програмера је упозната са коришћењем наменски направљеног хардвера за специфичне задатке, а већини је познато позивање ресурса у облаку. Покретање К# се не разликује од оних добро познатих задатака. Квантни хардвер може бити егзотичан и редак, али програмско окружење које Мицрософт нуди за К# јесте управо оно што бисте данас видели када бисте погледали преко рамена програмера највише на Фортуне 500 компаније. То га чини далеко мање застрашујућим.

„Крајња визија је да корисник не каже ’Ок, сада морам да узмем ову апликацију и да је покренем на овом делу на ЦПУ-у, овај део овде, овај део тамо’“, рекао је Своре. „Исто је и са квантним рачунарством. Желимо да акцелератор буде беспрекоран."

Квантна заједница

Програмери се могу представити К# кроз сет бесплатних туторијала које Мицрософт назива Куантум Катас. Свака лекција укључује „низ задатака на одређену тему квантног рачунарства“ коју програмери имају изазов да реше. Проналажење тачног решења је циљ, али је путовање једнако важно. Кате нису предвиђене да се решавају у једном пролазу. Они подучавају методом покушаја и грешака, успут упознајући програмере са основама квантног програмирања.

Цхрис Гранаде, инжењер за развој софтвера за истраживање у Мицрософту, видео их је лично док је присуствовао предавању одржаном на Технолошком универзитету у Сиднеју. „Било је заиста невероватно гледати како људи могу да пређу од нулте знања у кванту до писања“, рекао је он за Дигитал Трендс. „Оно што је било трансформативно је да када су људи имали неспоразум, они нису патили од тога. Могли су да покрећу кате, могли су да виде да су добили погрешан одговор, а та повратна информација је заиста навела људе да разумеју на практичан начин.”

То практично искуство одмах трансформише квантно рачунарство из теоријског концепта у практичну стварност, што чини сву разлику у томе како му људи приступају. Програмери можда не праве физичке објекте, али су навикли да виде повратне информације као и сваки други мајстор. Они стварају ствар и она функционише - или не. К# и Куантум Катас доносе тај ниво повратних информација у квантно програмирање, дајући сваком заинтересованом прилику да се удуби и схвати шта квантно рачунарство омогућава.

Промена коју је Гранаде видео лично не дешава се само у учионицама. Квантни развојни комплет, чији је К# део, може да преузме свако под лиценцом отвореног кода. Заинтересовани програмери не само да могу почети да га користе, већ и активно доприносе заједници. Своре је за Дигитал Трендс рекао да се преузимања КДК-а броје у „горњим десетинама хиљада“ и учесника су већ додали „прегршт значајних доприноса“, укључујући нове алгоритме и документацију.

Иако је још увек ниша, овај Куантум Девелопмент Кит поставља праг уласка довољно ниско да чак и почетник програмер може да почне да експериментише са К# и, чинећи то, почне да разуме шта чини квантно рачунарство тицк. То је корисно не само за програмере, већ и за читаво поље квантне физике. Објашњење квантних теорија је велика главобоља не само зато што је квантни свет чудан у поређењу са „класичним“ физику коју већина програмера познаје, али и зато што практичне импликације квантне физике могу бити тешке за демонстрирати.

Класични рачунари се баве бинарним апсолутима. 1с и 0с. Искључено или укључено. Квант се бави вероватноћама, а програмирање за квантне подразумева креирање алгоритама који манипулишу вероватноћама да би произвели тачно решење. „Знате да овај талас укључује моје решење. Ови други таласи не укључују решење. Дакле, желим да ти таласи, када се мешају, нестану“, објаснио је Своре. „И желим да талас који укључује моје решење постане заиста велики. На крају меримо квантна стања. Вероватноћа изласка високог таласа је већа што је тај талас већи. Тако дизајнирамо квантне алгоритме."

Да ли разумете шта Своре значи?

Ако не, немојте се осећати лоше. Није лако схватити, а није ни лако показати. Чак и мисаони експерименти који би требало да поједноставе квантну механику, попут Шредингерове познате мачке, могу вас оставити да се чешете по глави.

Мицрософт се нада да ће К# и Куантум Катас понудити практичну алтернативу за приступ овој теми. „Не морате да знате физику. Не морате знати квантну механику. У ствари, признаћу да нисам похађао квантну механику све до постдипломског студија“, рекао је Своре. „Ушао сам у квантно рачунарство, а да нисам похађао физику на колеџу. По образовању сам информатичар.”

Квантно програмирање би могло постати прозор увида дајући програмерима прилику да практично искористе квантне теорије без одбацивања алата на које су се ослањали. Нема потребе да трошите године учећи физику. Само ускочите, направите апликацију која користи К# и видите шта ће се десити.

Припрема за сутра

Данашња практична употреба К# је ограничена јер нема хардвера за позивање. Мицрософт још није направио квантни рачунар, а чак и да јесте, било би превише примитивно за обављање корисних прорачуна. Али програмер може да провери свој рад покретањем К# на симулираном квантном рачунару. То омогућава да се програм кодира за квант са разумним очекивањима да ће, када хардвер буде доступан, радити.

То је пресудно. Квантни рачунари нису само бољи савремени рачунари. Они су фундаментално различити. Они захтевају другачији хардвер, различите алгоритме и другачији приступ решавању сложених проблема. Чак и када би се путник кроз време појавио са функционалним, стабилним квантним рачунаром од милион кубита, имали бисмо проблема да га употребимо, баш као што би римски научници били збуњени ако би добили лаптоп. 99,9 процената модерних програмера, програмера и компјутерских научника нема никаквог искуства у кодирању за квант, и нема појма како квантна физика функционише. Основе се морају увести пре него што се могу направити импресивнија открића.

Подучавање које ће потрајати – али Мицрософтов К# је важан корак напред.

Препоруке уредника

• ЦхатГПТ сада може бесплатно да генерише оперативне кључеве за Виндовс 11
• Мицрософт је можда игнорисао упозорења о неодлучним одговорима Бинг Цхат-а
• Кинески хакери циљају критичну америчку инфраструктуру, упозорава Мицрософт
• Сада можете да испробате аватаре и виртуелне просторе у Мицрософт тимовима
• Мицрософт Буилд 2023: највеће најаве у АИ, Виндовс-у и још много тога