Używamy cookies, aby ułatwić korzystanie z Portalu. Możesz określić warunki przechowywania, dostępu do plików cookies w Twojej przeglądarce. Dowiedz się więcej.
strona główna Strona główna | Nowości | Promocje | Zapowiedzi Twoje konto | Zarejestruj | Schowek | Kontakt | Pomoc
mapa działów
Szukaj: szukanie zaawansowane
Koszyk

Komputer kwantowy. Programowanie, algorytmy, kod Język: 1

978-83-283-6778-4

Cena Brutto: 67.00

Cena netto: 63.81

Ilość:
Wersja: Drukowana
Autor Eric R. Johnston, Nicholas Harrigan, Mercedes Gimeno-Segovia
Liczba_stron 280
Wydawnictwo Helion
Oprawa miękka
Data_Wydania 2020-12-02

Komputery kwantowe nie są już tylko urządzeniami teoretycznymi. Nie są też futurystycznym monstrum, obcą maszyną, która zamieni całe istniejące oprogramowanie w jakąś jego niezrozumiałą alternatywę. Komputery kwantowe (QPU) staną się raczej radykalnym rozszerzeniem możliwości współczesnej informatyki, które pozwoli nam rozwiązać problemy dotychczas nierozwiązywalne. Istnieją ważne zadania, z którymi QPU potrafią sobie świetnie poradzić, a których rozwiązanie byłoby niemożliwe na jakimkolwiek standardowym urządzeniu komputerowym. Z drugiej strony z wieloma standardowymi obliczeniami QPU nie radzi sobie dużo lepiej niż najzwyklejszy laptop. Z punktu widzenia programisty zatem stanowi rodzaj koprocesora o ciekawych możliwościach.


Oto przewodnik po wspaniałym, nieodkrytym jeszcze do końca świecie informatyki kwantowej. Aby ją zrozumieć, niepotrzebny jest doktorat z fizyki kwantowej i wyższej matematyki. Dzięki tej książce opanujesz zestaw pojęć niezbędnych do zrozumienia działania QPU, dowiesz się, jakie problemy mogą rozwiązać aplikacje QPU i nauczysz się korzystać z narzędzi do pisania programów dla QPU. Zaprezentowane tu koncepcje są bogato ilustrowane przykładami, które można łatwo uruchomić na darmowym symulatorze QCEngine. Istnieje też możliwość korzystania z fizycznych QPU (kilka prototypów QPU udostępniono w chmurze). Interesującą, choć nieco trudniejszą częścią przewodnika jest rozdział poświęcony zastosowaniu obliczeń kwantowych w uczeniu maszynowym.


W tej książce:

  • koncepcje programowania procesorów kwantowych
  • kubity, superpozycja i teleportacje kwantowe
  • prymitywy QPU
  • wzmacnianie amplitudy, kwantowa transformacja Fouriera i szacowanie fazy
  • przykłady aplikacji QPU

QPU: zrób pierwszy krok ku technologii przyszłości!

Wstęp 9

 

1. Wprowadzenie 13

  • Wymagania wstępne 13
  • Czym jest QPU? 14
  • Podejście praktyczne 15
    • Elementarz QCEngine 15
    • Natywne instrukcje QPU 17
    • Ograniczenia symulatorów 20
    • Ograniczenia sprzętu 20
  • QPU a GPU: charakterystyka ogólna 20

CZĘŚĆ I. PROGRAMOWANIE DLA QPU

2. Jeden kubit 25

  • Krótkie spojrzenie na fizyczny kubit 26
  • Wprowadzenie notacji kołowej 29
    • Rozmiar kół 29
    • Rotacja kół 30
  • Pierwsze operacje QPU 31
    • Instrukcja QPU: NOT 32
    • Instrukcja QPU: HAD 32
    • Instrukcja QPU: READ 33
    • Instrukcja QPU: WRITE 33
    • Czas na praktykę: idealnie losowy bit 34
    • Instrukcja QPU: PHASE(?) 37
    • Instrukcje QPU: ROTX(?) i ROTY(?) 38
  • COPY: brakująca operacja 38
  • Łączenie operacji QPU 39
    • Instrukcja QPU: ROOT-of-NOT 39
  • Czas na praktykę: kwantowy łowca szpiegów 41
  • Podsumowanie 44

3. Wiele kubitów 45

  • Notacja kołowa rejestrów multikubitowych 45
  • Rysowanie rejestru wielokubitowego 48
  • Operacje jednokubitowe w wielokubitowych rejestrach 48
    • Czytanie kubitu w wielokubitowym rejestrze 50
  • Wizualizowanie większej liczby kubitów 51
  • Instrukcja QPU: CNOT 52
  • Czas na praktykę: wykorzystanie par Bella w dzielonej losowości 55
  • Instrukcje QPU: CPHASE i CZ 56
    • Sztuczka QPU: odbicie fazowe 57
  • Instrukcja QPU: CCNOT (bramka Toffoliego) 59
  • Instrukcje QPU: SWAP i CSWAP 60
    • Test SWAP 61
  • Tworzenie operacji warunkowej 63
  • Czas na praktykę: zdalnie kontrolowana losowość 66
  • Podsumowanie 68

4. Teleportacja kwantowa 69

  • Czas na praktykę: teleportujmy sobie coś 69
  • Spacer po programie 74
    • Krok 1. Utworzenie splątanej pary 75
    • Krok 2. Przygotowanie ładunku 75
    • Krok 3.1. Połączenie ładunku ze splątaną parą 76
    • Krok 3.2. Wprowadź ładunek w superpozycję 76
    • Krok 3.3. Odczytaj oba kubity Alice 77
    • Krok 4. Odbierz i przekształć 78
    • Krok 5. Weryfikacja wyniku 78
  • Interpretowanie wyników 80
  • Jak naprawdę używa się teleportacji? 81
  • Zabawne wypadki przy teleportacji 81

CZĘŚĆ II. PRYMITYWY QPU

5. Kwantowe arytmetyka i logika 85

  • Dziwnie odmienne 85
  • Arytmetyka na QPU 87
    • Czas na praktykę: budowanie operatorów inkrementacji i dekrementacji 87
  • Dodawanie dwóch kwantowych liczb stałoprzecinkowych 90
  • Ujemne liczby stałoprzecinkowe 91
  • Czas na praktykę: bardziej złożona matematyka 92
  • Prawdziwa kwantowość 93
    • Wykonanie kwantowo-warunkowe 94
    • Wyniki kodowane w fazie 95
  • Odwracalność i kubity skreczowe 96
  • Odwracanie skutków obliczeń 98
  • Mapowanie logiki booleanowskiej do operacji QPU 101
    • Podstawowa logika kwantowa 101
  • Podsumowanie 103

6. Wzmacnianie amplitudy 105

  • Czas na praktykę: konwersja między fazą a wielkością 105
  • Iteracja wzmacniania amplitudy 108
  • Więcej iteracji? 108
  • Wiele wejść z flipem 111
  • Wykorzystanie wzmocnienia amplitudy 116
    • AA i QFT jako szacowanie sumy 116
    • Przyspieszanie konwencjonalnych algorytmów za pomocą AA 117
  • Wewnątrz QPU 117
    • Intuicja 117
  • Podsumowanie 119

7. QFT: Kwantowa transformata Fouriera 121

  • Ukryte wzorce 121
    • QFT, DFT i FFT 123
  • Częstotliwości w rejestrze QPU 123
  • DFT 126
    • Rzeczywiste i zespolone wejścia DFT 128
    • DFT dowolnego sygnału 130
  • Używanie QFT 132
    • QFT jest szybka 132
  • Wewnątrz QPU 139
    • Zrozumienie zasad 140
    • Operacja po operacji 141
  • Wnioski 145

8. Szacowanie fazy kwantowej 147

  • Uczymy się o operacjach QPU 147
  • Fazy własne uczą nas czegoś użytecznego 148
  • Co robi szacowanie fazy 149
  • Jak korzystać z szacowania fazy 150
    • Wejścia 150
    • Wyjścia 152
  • Drobnym drukiem 153
    • Dobór rozmiaru rejestru wyjściowego 153
    • Złożoność 154
    • Operacje warunkowe 154
  • Szacowanie fazy w praktyce 154
  • Wewnątrz QPU 155
    • Jak to działa? 156
    • Operacja po operacji 157
  • Podsumowanie 159

CZĘŚĆ III. ZASTOSOWANIA QPU

9. Prawdziwe dane 163

  • Dane liczbowe 163
  • QRAM 165
  • Kodowanie wektorów 168
    • Ograniczenia kodowania amplitudy 171
    • Kodowanie amplitudy i notacja kołowa 172
  • Kodowanie macierzy 173
    • Jak operacja QPU może reprezentować macierz? 173
    • Symulacja kwantowa 174

10. Kwantowe wyszukiwanie 179

  • Logika fazowa 180
    • Budowanie podstawowych operacji logiki fazowej 182
    • Budowanie złożonych zdań logiki fazowej 182
  • Rozwiązywanie łamigłówek logicznych 185
    • O kotkach i tygrysach 185
  • Ogólny przepis na rozwiązanie problemu spełnialności formuły logicznej 189
    • Czas na praktykę: rozwiązujemy formułę boolowską 3-SAT 190
    • Czas na praktykę: problem 3-SAT niespełniający kryteriów 192
  • Przyśpieszanie konwencjonalnych algorytmów 194

11. Kwantowy supersampling 197

  • Co QPU może zrobić dla grafiki komputerowej? 197
  • Zwykły supersampling 198
  • Czas na praktykę: obliczanie obrazów kodowanych fazą 199
    • Kwantowy shader pikseli 200
    • Wykorzystanie PHASE do rysowania 201
    • Rysowanie krzywych 203
  • Próbkowanie obrazów kodowanych fazowo 204
  • Ciekawszy obrazek 205
    • Supersampling 208
  • QSS a konwencjonalny sampling Monte Carlo 208
    • Jak działa QSS 209
  • Dodawanie koloru 214
  • Podsumowanie 216

12. Algorytm faktoryzacji Shora 217

  • Czas na praktykę: wykorzystanie algorytmu faktoryzacji Shora na QPU 218
  • Jak właściwie działa algorytm Shora? 219
    • Czy w ogóle potrzebujemy QPU? 220
    • Podejście kwantowe 222
  • Krok po kroku: faktoryzacja liczby 15 223
    • Krok 1. Inicjalizacja rejestrów QPU 224
    • Krok 2. Rozszerzenie do superpozycji kwantowej 224
    • Krok 3. Warunkowe mnożenie przez 2 227
    • Krok 4. Warunkowe mnożenie przez 4 228
    • Krok 5. Kwantowa transformata Fouriera 229
    • Krok 6. Odczytanie kwantowego wyniku 231
    • Krok 7. Logika cyfrowa 231
    • Krok 8. Sprawdzenie wyniku 234
  • Drobnym drukiem 235
    • Obliczanie reszty z dzielenia 235
    • Czas a przestrzeń 236
    • Kopierwsze inne niż 2 236

13. Kwantowe uczenie maszynowe 237

  • Rozwiązywanie układów równań liniowych 238
    • Opisywanie i rozwiązywanie układów równań liniowych 238
    • Rozwiązywanie układu równań liniowych za pomocą QPU 240
  • Kwantowa analiza głównych składowych 249
    • Standardowa analiza składowych głównych 249
    • PCA z QPU 250
  • Kwantowa maszyna wektorów podtrzymujących 254
    • Standardowe maszyny wektorów podtrzymujących 254
    • SVM z QPU 257
  • Inne aplikacje uczenia maszynowego 260

CZĘŚĆ IV. PERSPEKTYWY

14. Bądź na bieżąco: przewodnik po literaturze 265

  • Od notacji kołowej po wektory zespolone 265
  • Subtelności i uwagi na temat terminologii 267
  • Podstawy miary 268
  • Rozkład bramki i kompilacja 269
  • Teleportacja bramek 271
  • Galeria sław 271
  • Wyścig: komputery kwantowe a klasyczne 272
  • Uwaga na temat algorytmów opartych na wyroczni kwantowej 273
    • Algorytm Deutscha-Jozsy 273
    • Algorytm Bernsteina-Vaziraniego 273
    • Algorytm Simona 274
  • Języki programowania kwantowego 274
  • Obietnica kwantowej symulacji 275
  • Korekcja błędu i urządzenia NISQ 276
  • Co dalej? 276
    • Książki 276
    • Notatki z wykładów 277
powrót