Microsoft'un Kuantum Programlama Dili Q#, Kuantum Fiziği Öğrenmenize Yardımcı Olabilir

Bilgisayarlar garipleşmek üzere.

Onlarca yıl süren teoriden sonra, ilk kuantum bilgisayarlar artık dünya çapında seçilmiş birkaç laboratuvarda bulunuyor. Bunlar ilkeldir ve muhtemelen 50 tonluk ENIAC gibi ilk elektronik bilgisayarlara göre daha az pratiktir. Ancak araştırmacılar ilerleme kaydediyor. IBM, Google ve Intel ilerleme kaydediyor kuantum donanımı üzerine ve pratik bir kuantum bilgisayarı nihayet bilim kurgu konusu olmaktan çıkıp yakın gelecekteki bir gerçeklik gibi geliyor.

Bu bir fırsat. Bu aynı zamanda bir sorundur. Kuantum fiziği, alıştığımız kurallara uymayan tuhaf bir ışınlanma ve olasılık alanıdır. Çoğu insan kuantum mekaniğini anlamıyor ve buna kuantum bilgisayarlarını pratik kullanıma sokması gereken programcılar da dahil.

Microsoft'un onları eğitme planı var.

Gizemi ulaşılabilir kılmak

C# veya Javascript gibi yeni bir programlama dili öğrenmek isteyen her geliştirici, derslerinden hemen yararlanmak ister. Ancak kuantum hesaplamanın emekleme dönemi bunu zorlaştırabilir. Birçok kuantum cihazı için program oluşturmak, ikili makine kodu yazmaya çok benzer; ancak kuantum mekaniği nedeniyle daha da zordur. Bu sadece iyi anlaşılan bir alan değil, tercüme edilmesi de zor. Bazı temel bilgilerin bilinmediği bir çalışma alanıdır.

Bunun nedeni de dahil Neden kuantum bilgisayarlar çalışıyor. "Kuantum hesaplamada sahip olduğumuz şey, kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarlardan daha iyi performans gösterebileceğinin kanıtlarıdır." dedi Temel Araştırma Müdürü Krysta Svore Microsoft'un Kuantum Mimarileri ve Hesaplama grubunda. "Alanımızdaki Kutsal Kase bunun gerçek bir matematiksel kanıtı olacaktır."

Kuantum hesaplama o kadar yeni ki ve kendisinden önceki hiçbir şeye o kadar benzemiyor ki, en iyi araştırmacılar bile önemli ve temel unsurlar konusunda karanlıkta kalıyor.

Programcılara gerçek donanım üzerinde kuantum kodlaması yapmayı öğretmek şimdilik söz konusu değil. Microsoft'un kuantum programlama dili Q#, programlamaya başlamak için gereken araçlara basit erişim sunarak bu sorunu ortadan kaldırır. Bu, bilim insanları kuantum bilgisayarların çalışma şeklinin temellerinde atılımlar yapmaya devam ederken bile Q#'ı mümkün olduğunca tanıdık ve ulaşılabilir kılmak anlamına geliyor.

Q#, berbat belgelerden ve yetersiz açıklanan kurulumculardan oluşan bir duvarın arkasına saklanmış değil. Programcılar buna Visual Studio aracılığıyla erişebilirler. dünyanın en popüler geliştirme ortamı. Ve programcıların onu kullanmak için kuantum bilgisayara erişmesine gerek yok.

Bunun yerine, kodları gerçek bir kuantum cihazında çalışacakmış gibi programlayabilir, ancak daha sonra onu sanal bir simülasyonda çalıştırabilirler. Bu mümkün çünkü kuantum bilgisayar kendi başına tam ve bağımsız bir sistem olarak ele alınmıyor. bunun yerine klasik bilgisayarı çalıştıran klasik bir bilgisayar tarafından çağrılan bir hızlandırıcı olarak kod.

"Kuantum bilgisayarının Azure'da GPU, FPGA ve ASIC'in yanı sıra kullanılacak başka bir kaynak olduğunu düşünüyoruz. Azure, hesaplamasında bir kuantum bilgisayarı içeren tüm bu dokuya dönüşüyor" dedi Svore, Digital Trends'e.

Çoğu programcı, belirli görevler için amaca yönelik olarak oluşturulmuş donanımları kullanmaya aşinadır ve çoğu, buluttaki kaynakları çağırmaya aşinadır. Q#'ı başlatmak, o iyi bilinen görevlerden farklı değil. Kuantum donanımı egzotik ve nadir olabilir, ancak Microsoft'un Q# için sunduğu programlama ortamı Bugün en fazla Fortune 500 listesinde yer alan bir programcının omzunun üzerinden baktığınızda tam olarak bunu görürdünüz şirketler. Bu onu çok daha az korkutucu kılıyor.

Svore, "Nihai vizyon, kullanıcının 'Tamam, şimdi bu uygulamayı alıp CPU'nun bu bölümünde, bu bölümünde burada, bu bölümünde çalıştırmam gerekiyor' dememesidir" dedi. “Kuantum hesaplamada da durum aynı. Hızlandırıcının kusursuz olmasını istiyoruz.”

Bir kuantum topluluğu

Programcılar, Microsoft'un Quantum Katas adını verdiği bir dizi ücretsiz eğitim aracılığıyla kendilerini Q#'a tanıtabilirler. Her ders, programcıların çözmesi gereken "belirli bir kuantum hesaplama konusuna ilişkin bir dizi görevi" içerir. Hedef doğru çözümü bulmaktır ancak yolculuk da bir o kadar önemlidir. Kataların tek geçişte çözülmesi amaçlanmamıştır. Deneme yanılma yoluyla öğretiyorlar ve programcılara kuantum programlamanın temellerini tanıtıyorlar.

Microsoft'ta Araştırma Yazılım Geliştirme Mühendisi olan Chris Granade, Sidney Teknoloji Üniversitesi'nin ev sahipliği yaptığı bir eğitim oturumuna katılırken bunları kendi gözleriyle gördü. Digital Trends'e şunları söyledi: "İnsanların kuantum konusunda sıfır bilgiden bunu yazmaya geçebilmelerini izlemek gerçekten muhteşemdi." “Dönüştürücü olan şey, insanların bir yanlış anlaşılma yaşadığında bundan acı çekmemeleriydi. Kataları çalıştırabiliyorlardı, yanlış cevabı görebiliyorlardı ve bu geri bildirim gerçekten insanların uygulamalı bir şekilde anlamasını sağlıyordu."

Bu uygulamalı deneyim, kuantum hesaplamayı teorik bir kavramdan pratik bir gerçekliğe anında dönüştürüyor ve bu da insanların ona yaklaşımında büyük fark yaratıyor. Programcılar fiziksel nesneler yapmayabilirler ancak diğer zanaatkarlar gibi geri bildirim almaya alışkındırlar. Bir şey yaratıyorlar ve o işe yarıyor ya da yaramıyor. Q# ve Quantum Katas, kuantum programlamaya bu düzeyde geri bildirim getirerek ilgilenen herkese kuantum hesaplamanın neleri mümkün kıldığını anlama ve anlama şansı veriyor.

Granade'in bizzat gördüğü değişim sadece sınıflarda gerçekleşmiyor. Q#'ın da bir parçası olduğu Quantum Development Kit, açık kaynak lisansı kapsamında herkes tarafından indirilebilir. İlgilenen geliştiriciler onu yalnızca kullanmaya başlamakla kalmayacak, aynı zamanda topluluğa aktif olarak katkıda bulunabilecekler. Svore, Digital Trends'e QDK'nın indirme sayısının "en üst onbinler" arasında olduğunu ve katılımcıların da bu rakamı verdiğini söyledi. yeni algoritmalar da dahil olmak üzere "bir avuç önemli katkı" ekledik ve belgeler.

Bu Kuantum Geliştirme Kiti hâlâ niş bir pazar olmasına rağmen, giriş çıtasını acemi birinin bile alçaltıp alçaltılmasını sağlıyor. programcı Q# ile deneyler yapmaya başlayabilir ve bunu yaparken kuantum hesaplamayı neyin önemli kıldığını anlamaya başlayabilir. işaretleyin. Bu sadece programcılar için değil, kuantum fiziğinin tüm alanı için faydalıdır. Kuantum teorilerini açıklamak büyük bir baş ağrısıdır, çünkü kuantum dünyası "klasik" dünyayla karşılaştırıldığında tuhaftır. çoğu programcının bildiği fizik, ama aynı zamanda kuantum fiziğinin pratik sonuçlarını anlamak zor olabileceği için göstermek.

Klasik bilgisayarlar ikili mutlaklarla ilgilenir. 1'ler ve 0'lar. Kapalı veya açık. Kuantum olasılıklarla ilgilenir ve kuantum için programlama, doğru çözümü üretmek için olasılıkları yönlendiren algoritmalar oluşturmak anlamına gelir. “Bu dalganın benim çözümümü de içerdiğini biliyorsun. Bu diğer dalgalar bir çözüm içermiyor. Bu yüzden, bu dalgaların müdahale ettiklerinde kaybolmasını istiyorum," diye açıkladı Svore. “Ve benim çözümümü içeren dalganın gerçekten büyük olmasını istiyorum. Sonunda kuantum durumlarını ölçüyoruz. Yüksek dalganın dışarı çıkma olasılığı, dalga ne kadar yüksek olursa o kadar artar. Kuantum algoritmalarını bu şekilde tasarlıyoruz.”

Svore'un ne anlama geldiğini anlıyor musun?

Değilse, kendinizi kötü hissetmeyin. Anlaşılması kolay değil, gösterilmesi de kolay değil. Schrödinger'in ünlü kedisi gibi kuantum mekaniğini basitleştirmeyi amaçlayan deneylerin düşünülmesi bile başınızı kaşımanıza neden olabilir.

Microsoft, Q# ve Quantum Katas'ın konuya yaklaşmak için uygulamalı bir alternatif sunacağını umuyor. "Fizik bilmenize gerek yok. Kuantum mekaniğini bilmenize gerek yok. Aslında, yüksek lisansa kadar kuantum mekaniği dersi almadığımı itiraf etmeliyim," dedi Svore. “Üniversitede hiç fizik dersi almadan kuantum hesaplamaya girdim. Ben eğitim almış bir bilgisayar bilimcisiyim."

Kuantum programlama, programcılara güvendikleri araçları terk etmeden kuantum teorilerini pratik olarak kullanma şansı vererek bir içgörü penceresi haline gelebilir. Fizik öğrenmek için yıllarınızı harcamanıza gerek yok. Hemen başlayın, Q# kullanan bir uygulama yapın ve ne olacağını görün.

Yarına hazırlanıyor

Günümüzde Q#'ın pratik kullanımı sınırlıdır çünkü çağrılacak bir donanım yoktur. Microsoft henüz kuantum bilgisayarı üretmediÖyle olsaydı bile yararlı hesaplamalar yapmak çok ilkel olurdu. Ancak bir programcı, simüle edilmiş bir kuantum bilgisayarda Q# çalıştırarak çalışmalarını kontrol edebilir. Bu, donanım mevcut olduğunda çalışacağına dair makul bir beklentiyle kuantum için bir programın kodlanmasını mümkün kılar.

Bu çok önemli. Kuantum bilgisayarlar yalnızca daha iyi bir modern bilgisayar değildir. Temelde farklıdırlar. Karmaşık sorunları çözmek için farklı donanım, farklı algoritmalar ve farklı bir yaklaşım gerektirirler. Bir zaman yolcusu işlevsel, istikrarlı, milyon kübitlik bir kuantum bilgisayarla ortaya çıksa bile, tıpkı Romalı bilim adamlarının bir dizüstü bilgisayar verildiğinde şaşkına dönecekleri gibi, biz de onu kullanmakta zorluk yaşarız. Modern geliştiricilerin, programcıların ve bilgisayar bilimcilerinin yüzde 99,9'unun kuantum kodlama konusunda sıfır deneyimi var ve kuantum fiziğinin nasıl çalıştığına dair hiçbir fikirleri yok. Daha etkileyici keşifler yapılmadan önce temel bilgilerin tanıtılması gerekir.

Bunu öğretmek zaman alacaktır ancak Microsoft'un Q#'ı ileriye doğru atılmış önemli bir adımdır.

Editörlerin Önerileri

• ChatGPT artık çalışan Windows 11 anahtarlarını ücretsiz olarak oluşturabiliyor
• Microsoft, Bing Chat'in mantıksız yanıtlarıyla ilgili uyarıları görmezden gelmiş olabilir
• Microsoft, Çinli bilgisayar korsanlarının kritik ABD altyapısını hedef aldığı konusunda uyardı
• Artık Microsoft Teams'de avatarları ve sanal alanları deneyebilirsiniz
• Microsoft Build 2023: Yapay zeka, Windows ve daha fazlasındaki en büyük duyurular