Introduzione a IBM Q Experience

Siamo ormai in un'epoca in cui puoi usare un computer quantistico comodamente da casa tua. Tutto ciò di cui hai bisogno per iniziare il tuo viaggio quantistico è IBM Q Experience.

In questa guida, ti mostrerò come impostare un semplice esperimento. In particolare, ti mostrerò come impostare il primo puzzle nel gioco Hello Quantum.

Per accedere a IBM Q Experience, è sufficiente fare clic qui. Questo ti porta in una sezione conosciuta come il compositore, che dovrebbe assomigliare all'immagine qui sotto.

Il compositore è dove scrivi i tuoi programmi quantistici. Di default, inizia con i cinque qubit di un vero processore quantico, noto come ibmqx4. Ma concentriamoci su qualcosa di un po 'più semplice. Creiamo un compositore per soli due qubit.

Per fare ciò, facciamo prima clic sul pulsante "Nuovo" in alto a destra. Quindi dobbiamo scegliere un nome. In questo esempio creerò il primo puzzle in Hello Quantum, quindi lo chiamerò dopo.

Il prossimo lavoro è scegliere se far funzionare uno dei dispositivi reali o se eseguire simulazioni di qualcosa di diverso. Vogliamo la libertà che ci offre quest'ultima, quindi facciamo clic su "Topologia personalizzata" in fondo.

Infine, dobbiamo modificare il numero di qubit e bit che verranno utilizzati. In Hello Quantum stiamo esaminando i processi in cui due qubit si trasformano in due bit e quindi ne abbiamo bisogno di due. Fatto ciò, facciamo clic su "Imposta topologia" in fondo.

Ora abbiamo il nostro compositore con cui suonare.

Le caselle a destra rappresentano diverse operazioni che possiamo fare ai nostri qubit. Tutto quello che dobbiamo fare è trascinarli e rilasciarli sulle linee. Per impostare lo stato iniziale del primo puzzle, dobbiamo trascinare e X sopra al qubit 1.

E questo è il lavoro fatto! Ora vediamo se ha fatto quello che ci aspettavamo.

Il primo puzzle di Hello Quantum sembra l'immagine qui sotto. Il cerchio inferiore per il qubit a sinistra è bianco, il che significa che emette un 1 con certezza. Il cerchio inferiore per il qubit destro è nero, il che significa che è sicuramente uno 0.

Il modo in cui otteniamo le uscite per i cerchi inferiori sta usando il gate di misurazione. Questo può essere trovato scorrendo verso il basso nella sezione dei cancelli sulla destra.

Per guardare il cerchio inferiore di entrambi, trasciniamo il gate di misurazione su entrambe le linee. Quando lo facciamo, ci chiederà quale nome daremo al bit risultante. Premi "OK", perché le opzioni predefinite sono le migliori per noi.

Una volta che entrambe le porte sono in atto, è tempo di ottenere i risultati. Fallo facendo clic su "simula".

Se non hai ancora effettuato l'accesso, è qui che devi farlo. È possibile impostare un account solo per IBM Q Experience o accedere con i propri account di social media esistenti.

Una volta terminato tutto l'amministratore, vedrai la schermata dei risultati. Questo presenta i risultati sotto forma di istogramma.

In questo caso, esiste un solo risultato possibile. Guardando sotto la barra, possiamo vedere che questo è il risultato 10, che significa un risultato di 1 per il qubit sinistro e 0 per quello destro. Esattamente come previsto!

Ora diamo un'occhiata alle cerchie principali. Per questo abbiamo bisogno di cambiare le domande che chiediamo ai qubit.

Ora otteniamo un istogramma con qualcosa in più in corso.

Ora ci sono quattro possibili risultati: 00, 01, 10 e 11. Il simulatore esegue il processo 100 volte e scopre che 11 esce il 25% delle volte, 10 esce il 23% delle volte e così via.

Se esegui questo da solo, troverai quasi sicuramente numeri diversi. Dovrebbero effettivamente uscire tutti con la stessa probabilità del 25%. Ma poiché utilizziamo solo un numero limitato di campioni, vedremo sempre anomalie statistiche come questa.

In ogni caso, stiamo vedendo entrambi i qubit in modo casuale che danno una risposta di 0 o 1. Ed è anche esattamente quello che ci aspettiamo per il primo puzzle di Hello Quantum.

Ora facciamo un altro esempio. Imposteremo lo stato iniziale del Livello 4 - Puzzle 1.

Il modo più semplice per eseguire questa operazione è innanzitutto rendere lo stato di destinazione e quindi tornare indietro allo stato iniziale.

Lo stato target ha un cerchio superiore nero per il qubit sinistro e un cerchio superiore bianco per il qubit destro. Se hai giocato a Hello Quantum e hai letto la sezione "Ulteriori informazioni" o se hai letto questo articolo, si spera che sia chiaro che questo può essere impostato come nell'immagine seguente.

Per passare da questo allo stato iniziale di Livello 4 - Puzzle 1, tutto ciò di cui abbiamo bisogno è una CZ. Per ottenerne uno, seleziona prima la casella di controllo "Avanzate" nella sezione Porte, quindi scorri verso il basso. Troverai la CZ in "subroutine". Tutto quello che dobbiamo fare è trascinarlo fuori.

Le subroutine sono porte che puoi creare da te e la CZ viene fornita come esempio. Per questo motivo, non ottiene il proprio simbolo personalizzato. Invece ottiene solo il simbolo generico per le subroutine.

È qui che arrivano le "a" e "b". Le subroutine per due qubit di solito fanno cose diverse su ogni qubit, quindi hanno bisogno delle "a" e "b" per tenere traccia di quale qubit è quale. Ma per il caso della CZ, potrebbero effettivamente essere esclusi. Quindi non c'è bisogno di preoccuparsi troppo di loro.

Se desideri eseguire lavori su un dispositivo reale, non potrai utilizzare alcuna subroutine. Ma non preoccuparti, c'è ancora un modo per ottenere la CZ.

Il trucco è usare un cancello che assomigli un po 'a una CZ. È noto come CNOT.

Una delle principali differenze tra CNOT e CZ è che non è simmetrica: dobbiamo stare attenti a come aggirarlo. Il qubit che ottiene il puntino avrà un ruolo diverso rispetto a quello con il punto grande.

Per invertire i ruoli dei qubit, implementiamo semplicemente il gate dall'altra parte.

Ad ogni modo, il qubit con il piccolo do è indicato come controllo e quello con il punto grande è il bersaglio.

In questo articolo, abbiamo dato tre diverse spiegazioni su come funziona una CZ. Allo stesso modo, possiamo raccontare tre storie sugli effetti di un CNOT. Ma in genere ci concentriamo solo su uno: il CNOT o non fa nulla al qubit target, o fa un gate X ad esso, a seconda di ciò che il target sta facendo.

Questo è quasi esattamente lo stesso delle nostre spiegazioni della CZ. L'unica differenza è che si può applicare una X, piuttosto che una Z. E poiché sappiamo come trasformare una X in una Z, possiamo trasformare un CNOT in una CZ. Tutto ciò di cui abbiamo bisogno è un paio di porte H.

Usando questo puoi fare tutte le porte CZ che desideri, su qualsiasi dispositivo che ti piace.

Ciao livelli quantici

Per iniziare, abbiamo preparato gli stati iniziali per tutti i puzzle di Hello Quantum. Dai un'occhiata ai link qui sotto.

Livello 1

  • Puzzle 1
  • Puzzle 2
  • Puzzle 3
  • Puzzle 4
  • Puzzle 5
  • Puzzle 6
  • Puzzle 7
  • Puzzle 8
  • Puzzle 9
  • Puzzle 10

Livello 2

  • Puzzle 1
  • Puzzle 2
  • Puzzle 3
  • Puzzle 4

Livello 3

  • Puzzle 1
  • Puzzle 2
  • Puzzle 3
  • Puzzle 4

Livello 4

  • Puzzle 1
  • Puzzle 2
  • Puzzle 3
  • Puzzle 4
  • Puzzle 5
  • Puzzle 6
  • Puzzle 7
  • Puzzle 8
  • Puzzle 9
  • Puzzle 10
  • Puzzle 11 mostra due stati contemporaneamente: 11 a e 11 b