Kuantum bilgisayarlar ve kuantum simülatörleriQuantum computers and quantum simulators

Kuantum bilgisayarlar hala geliştirme süreçlerinin ilk aşamalarındadır.Quantum computers are still in the infancy of their development. Donanım ve bakım pahalıdır ve çoğu sistemler üniversitelerde ve araştırma laboratuvarlarında bulunur.The hardware and maintenance are expensive, and most systems are located in universities and research labs. Ancak teknoloji gelişmektedir ve bazı sistemlere yönelik sınırlı genel erişim sunulmaktadır.The technology is advancing, though, and limited public access to some systems is available.

Kuantum simülatörleri, klasik bilgisayarlarda çalışan ve kubitlerin farklı işlemlere nasıl tepki vereceğini tahmin eden bir ortamda kuantum programları çalıştırıp test etmeyi mümkün hale getiren yazılım programlarıdır.Quantum simulators are software programs that run on classical computers and make it possible to run and test quantum programs in an environment that predicts how qubits will react to different operations.

Kuantum donanımıQuantum hardware

Bir kuantum bilgisayarın başlıca üç bölümü vardır: kubitleri barındıran bir alan, sinyalleri kubitlere aktarmaya yönelik bir yöntem ve program çalıştırıp yönergeler göndermeyi sağlayan klasik bir bilgisayar.A quantum computer has three primary parts: an area that houses the qubits, a method for transferring signals to the qubits, and a classical computer to run a program and send instructions.

  • Kubitler için kullanılan kuantum malzemeleri kırılgandır ve çevresel müdahalelere karşı oldukça duyarlıdır.The quantum material used for qubits is fragile and highly sensitive to environmental interferences. Bazı kubit depolama yöntemlerinde, kubitleri barındıran birim, bunların uyumluluğunu en üst düzeye çıkarmak için mutlak sıfırın hemen üzerinde bir sıcaklıkta tutulur.For some methods of qubit storage, the unit that houses the qubits is kept at a temperature just above absolute zero to maximize their coherence. Diğer kubit barındırma türlerinde, titreşimleri en aza indirmeye ve kubitleri kararlı hale getirmeye yardımcı olmak için bir vakum haznesi kullanılır.Other types of qubit housing use a vacuum chamber to help minimize vibrations and stabilize the qubits.
  • Sinyaller; mikrodalgalar, lazer ve voltaj gibi çeşitli yöntemler kullanılarak kubitlere gönderilebilir.Signals can be sent to the qubits using a variety of methods including microwaves, laser, and voltage.

Kuantum bilgisayarlar, doğru bir şekilde çalışmak üzere çok sayıda zorlukla karşılaşır.Quantum computers face a multitude of challenges to operate correctly. Kuantum bilgisayarlarda hata düzeltmesi önemli bir sorundur ve ölçeği artırmak (daha fazla kubit eklemek) hata oranını artırır.Error correction in quantum computers is a significant issue, and scaling up (adding more qubits) increases the error rate. Bu sınırlamalar nedeniyle, bir kuantum bilgisayarın masaüstünüze gelmesi ancak uzak bir gelecekte mümkün olsa da, ticari olarak uygun laboratuvar tabanlı bir kuantum bilgisayarın kullanıma sunulması daha yakındır.Because of these limitations, a quantum PC for your desktop is far in the future, but a commercially-viable lab-based quantum computer is closer.

Kuantum simülatörleriQuantum simulators

Klasik bilgisayarlarda çalışan kuantum simülatörleri, kuantum algoritmalarının bir kuantum sisteminde yürütülmesinin simülasyonunu yapmanıza olanak sağlar.Quantum simulators that run on classical computers allow you to simulate the execution of quantum algorithms on a quantum system. Microsoft Quantum geliştirme seti (QDK), diğer özelleştirilmiş kuantum simülatörlerinin yanı sıra tam durumlu bir vektör simülatörü içerir.Microsoft’s Quantum Development Kit (QDK) includes a full-state vector simulator along with other specialized quantum simulators.

Topolojik kubitTopological qubit

Microsoft topolojik kubitlere dayalı bir kuantum bilgisayar geliştirmektedir.Microsoft is developing a quantum computer based on topological qubits. Topolojik kubit, içinde bulunduğu ortamdaki değişikliklerden daha az etkilenir, dolayısıyla gerekli dış hata düzeltme derecesi azalır.A topological qubit will be less impacted by changes in its environment, therefore reducing the degree of external error correction required.

Topolojik kubitler daha yüksek kararlılık ve ortam gürültüsüne daha fazla dayanıklılık gösterir; diğer bir deyişle daha uzun süre ölçeklenebilir ve güvenilirliği sürdürebilir.Topological qubits feature increased stability and resistance to environmental noise, which means they can more readily scale and remain reliable longer.

Microsoft ve kuantum donanımı iş ortaklıklarıMicrosoft and quantum hardware partnerships

Microsoft, kuantum bilgisayarları gelecekte geliştiricilerin erişebileceği hale getirmek için kuantum donanımı üreticileri olan IonQ, Honeywell ve QCI ile iş ortaklığı kuruyor.Microsoft is partnering with quantum hardware manufacturers IonQ, Honeywell, and QCI to make quantum computers accessible to developers in the future. Geliştiriciler, Azure Quantum platformundan yararlanarak kuantum programları yazmak ve bunları uzaktan çalıştırmak için Microsoft Quantum geliştirme setini (QDK) ve Q# dilini kullanabilir.Leveraging the Azure Quantum platform, developers will be able to use Microsoft’s Quantum Development Kit (QDK) and Q# to write quantum programs and run them remotely.

Kuantum hesaplamalarıQuantum computations

Kuantum bilgisayarda veya kuantum simülatöründe hesaplamalar gerçekleştirmek için temel bir süreç izlenir:Performing computations on a quantum computer or quantum simulator follow a basic process:

  • Kubitlere erişmeAccess the qubits
  • Kubitleri istenen durumda başlatmaInitialize the qubits to the desired state
  • Kubitlerin durumlarını dönüştürecek işlemleri gerçekleştirmePerform operations to transform the states of the qubits
  • Kubitlerin yeni durumlarını ölçmeMeasure the new states of the qubits

Kubit başlatma ve dönüştürme işlemi, kuantum işlemleri (bazen kuantum geçitleri olarak adlandırılır) kullanılarak yapılır.Initializing and transforming qubits is done using quantum operations (sometimes called quantum gates). Kuantum işlemleri, klasik bilişimdeki AND, OR, NOT ve XOR gibi mantıksal işlemlere benzer.Quantum operations are similar to logic operations in classical computing, such as AND, OR, NOT, and XOR. Bir işlem, kubitin durumunu 1’den 0’a çevirmek veya bir kubit çiftini dolaşık hale getirmek gibi temel eylemlerden, süper konumlu bir kubitin iki değerden birine çökmesi olasılığını etkilemek için seri halindeki birden çok işlemi kullanmaya kadar farklılık gösterebilir.An operation can be as basic as flipping a qubit's state from 1 to 0 or entangling a pair of qubits, to using multiple operations in series to affect the probability of a superposed qubit collapsing one way or the other.

Not

Q# kitaplıkları, alt düzey kuantum işlemlerinin karmaşık bileşimlerini tanımlayan yerleşik işlemler sağlar.The Q# libraries provide built-in operations that define complex combinations of lower-level quantum operations. Kubitleri dönüştürmek ve daha karmaşık kullanıcı tanımlı işlemler oluşturmak için kitaplık işlemlerini kullanabilirsiniz.You can use the library operations to transform qubits and to create more complex user-defined operations.

Hesaplama sonucunu ölçmek bize bir yanıt verir ancak bazı kuantum algoritmaları için her zaman doğru yanıtı vermez.Measuring the result of the computation tells us an answer, but for some quantum algorithms, not necessarily the correct answer. Bazı kuantum algoritmalarının sonucu, kuantum işlemleri tarafından yapılandırılan olasılığa bağlı olduğundan bu hesaplamalar, bir olasılık dağılımı almak ve sonuçların doğruluğunu iyileştirmek için birden çok kez çalıştırılır.Because the result of some quantum algorithms is based on the probability that was configured by the quantum operations, these computations are run multiple times to get a probability distribution and refine the accuracy of the results. Bir işlemin doğru bir yanıt döndürmüş olma güvencesi, kuantum doğrulama olarak bilinir ve bu, kuantum bilişimde önemli bir zorluk olarak ortaya çıkar.Assurance that an operation returned a correct answer is known as quantum verification and is a significant challenge in quantum computing.

ÖzetSummary

Kuantum bilişimin bazı kavramları klasik bilişim ile aynıdır ancak kuantum bilişim, bunların yanı sıra birkaç yenilik ekler.Quantum computing shares some of the same concepts as classical computing but adds a few new twists. Aşağıda bazı önemli çıkarımlar verilmiştir:Here are some key takeaways:

  • Kuantum donanım pahalıdır ve bu donanımla çalışılması hassasiyet gerektirir, bu nedenle programları yazmak ve test etmek için kuantum simülatörleri kullanılır.Quantum hardware is expensive and fragile to work with, so quantum simulators are used to write and test programs.
  • Hem klasik hem de kuantum bilgisayarlar, hesaplamaları hazırlamak için mantıksal işlemler (veya geçitler) kullanır.Both classical and quantum computers use logic operations (or gates) to prepare computations.
  • Kuantum hesaplamaları olasılıklar döndürür.Quantum computations return probabilities.

Kuantum donanımındaki ve tekniklerindeki gelişmeler, bu alanı hızla değiştirmektedir.Advancements in quantum hardware and techniques is rapidly changing the field. Birkaç güncel gelişme aşağıda verilmiştir.Here are just a few of the current developments.

Sonraki adımlarNext steps