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Mit dem "Quantum Computing Playground" von Google können Sie mit Quantenalgorithmen arbeiten

Computers

Dario Borghino

26. Mai 2014

Mit dem "Quantum Computing Playground" von Google können sich Informatiker mit Quantenalgorithmen vertraut machen (Bild: Google).

Google hat gerade eine neue webbasierte integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) eingeführt, mit der Benutzer Software schreiben und ausführen können, die Quantenalgorithmen verwendet. Das Tool könnte Informatikern ermöglichen, die Nase vorn zu haben und sich mit den vielen Macken von Quantenalgorithmen vertraut zu machen, noch bevor der erste praktische Quantencomputer gebaut wird.

Warum gehen Quanten?

Egal wie schnell klassische Computer werden, die Anzahl der Schritte, die zur Lösung eines Problems erforderlich sind, wird immer durch Regeln festgelegt, die für uns intuitiv sinnvoll sind. Angenommen, Sie haben beispielsweise eine Gästeliste mit einhundert Namen, die in keiner bestimmten Reihenfolge geschrieben sind, und Sie möchten nach einem bestimmten Namen in der Liste suchen. Sie müssen sich die Namen nacheinander ansehen, jeden mit dem gesuchten Namen vergleichen und gegebenenfalls die gesamte Liste durchgehen (im Durchschnitt werden Sie fünfzig Versuche versuchen, um zu finden ein Spiel, nicht mehr und nicht weniger).

Wenn Sie jedoch eine Quantenmechanik auf Ihrer Seite haben, können Sie die Regeln etwas strecken. Das macht Quantencomputer so besonders: Obwohl sie durchaus die gleichen Algorithmen wie ein klassischer Computer ausführen können, können sie auch ein "seltsames Verhalten" nutzen, das nur in kleinsten Maßstäben wie Verschränkung und Überlagerung auftritt Quantenzustände, um uns sehr dramatische Beschleunigungen zu geben.

Das Durchsuchen einer solchen Liste unter Verwendung eines Quantenalgorithmus würde beispielsweise eine Anzahl von "Versuchen" erfordern, die proportional zur Quadratwurzel der Anzahl der Elemente in der Liste sind, anstatt wie zuvor die Hälfte dieser Anzahl. Je länger die Liste ist, desto größer ist der Geschwindigkeitsgewinn. Bei anderen Quantenalgorithmen sind die Beschleunigungen noch dramatischer. Das sehr beliebte RSA-Verfahren zur Datenverschlüsselung basiert beispielsweise auf der Tatsache, dass das Factoring sehr großer Zahlen rechnerisch äußerst schwierig ist. Bei einem Quantencomputer wird das Brechen der Verschlüsselung jedoch fast trivial.

Quantenspielplatz

Google hat jetzt mit "Quantum Computing Playground" eine webbasierte IDE-Schnittstelle eingeführt, mit der Sie selbst mit Quantenalgorithmen spielen können, indem Sie eine Ad-hoc-Skriptsprache namens "qScript" verwenden Mit GPU-beschleunigten Quantencomputern können Sie Ihre Programme schreiben, kompilieren, debuggen und ausführen, und dies alles in Ihrem Chrome-Browser.

Die Software kann Quantenregister mit bis zu 22 Quantenbits simulieren (und nein, das reicht nicht aus, um die RSA-Verschlüsselung zu durchbrechen). Sie kann eine Demo von Grovers (Schnellsuche) und Shors (Schnelle Zahlenfaktorisierung) ausführen ) Algorithmen und kann die Ergebnisse als 2D- und 3D-Graphen darstellen, in denen jeder Balken eine Überlagerung von Qubits darstellt, während ihre Farbe oder Höhe Amplitude und Phase einer bestimmten Überlagerung darstellt.

Wenn Sie versuchen, die Codebeispiele zu kompilieren und dann auszuführen, werden Sie etwas bemerken, das Sie möglicherweise abschreckt: Der gleiche Code gibt manchmal unterschiedliche Ausgaben zurück. Die meisten Quantenalgorithmen sind probabilistisch, was bedeutet, dass sie das korrekte Ergebnis nur mit einer hohen Wahrscheinlichkeit, aber ohne deterministische Gewissheit zurückgeben. In einer praktischen Umgebung müssen Sie denselben Algorithmus mehrmals ausführen, um sicherzustellen, dass Sie die richtige Antwort erhalten.

Leider ist der Online-Leitfaden, den Google für die qScript-Sprache bereitstellt, nicht sehr umfangreich. Daher müssen Sie sich zumindest mit der Software-Entwicklung und der Funktionsweise von Quantengattern auskennen, um das Beste daraus zu machen.

Quelle: Google

Mit dem "Quantum Computing Playground" von Google können sich Informatiker mit Quantenalgorithmen vertraut machen (Bild: Google).

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