رایانش کوانتومی یا Quantum Computing مدل رایانشی بر پایه شبکه های رایانه ای مثل اینترنت می باشد که بر اساس مفاهیم فیزیک کوانتوم شکل گرفته و رویکردی کاملا متفاوت نسبت ...
رایانش کوانتومی یا Quantum Computing مدل رایانشی بر پایه شبکه های رایانه ای مثل اینترنت می باشد که بر اساس مفاهیم فیزیک کوانتوم شکل گرفته و رویکردی کاملا متفاوت نسبت به رایانش کلاسیک دارد. رایانه های ...
رایانش کوانتومی یا Quantum Computing مدل رایانشی بر پایه شبکه های رایانه ای مثل اینترنت می باشد که بر اساس مفاهیم فیزیک کوانتوم شکل گرفته و رویکردی کاملا متفاوت نسبت به رایانش کلاسیک دارد. رایانه های سنتی از بیت هایی استفاده می کردند که فقط می توانستند یکی از دو مقدار 0 یا 1 را بپذیرند و به عبارت دیگر باینری بودند. اما رایانه های کوانتومی از واحدی به نام کیوبیت (qubit) بهره می برند که به دلیل داشتن ویژگی هایی مثل برهم نهی (superposition) و درهم تنیدگی (entanglement) می توانند چندین حالت را به صورت همزمان نگهداری و پردازش کنند.
در این دوره چه مباحثی آموزش داده شده است؟
ما در این دوره به آموزش مبانی رایانش کوانتومی (Quantum Computing) می پردازیم. در این دوره جذاب و کاربردی، مهندسان باتجربه از جمله Barron و Olivia Stone شما را به صورت گام به گام با اصول برنامه نویسی در رایانه های کوانتومی آشنا می کنند. مطالب این دوره از دیدگاه یک توسعه دهنده ارائه شده و شامل موضوعات زیر است:
مفاهیم پایه ای کیوبیت ها (Qubits)
آشنایی با گیت ها و مدارهای منطقی کوانتومی
اجرای برنامه های کوانتومی با استفاده از Qiskit
بررسی دو الگوریتم رایج در رایانش کوانتومی
و نکات پیشرفته تر برای توسعه پروژه های کوانتومی
همچنین در این دوره پروژه های عملی را انجام داده ایم که از میان آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
طراحی یک مدار کوانتومی ساده با یک کیوبیت و یک بیت کلاسیک، شبیه سازی عملیات اندازه گیری و نمایش نتایج
ساخت مدار کوانتومی با 4 کیوبیت برای نمایش یک مقدار باینری مشخص
پیاده سازی یک تولیدکننده اعداد تصادفی دو کیوبیتی با توزیع احتمال غیر یکنواخت
طراحی یک مدار که مانند جمع کننده دودویی کلاسیک دو بیت عمل می کند.
ایجاد یک مدار برای درهم تنیدگی سه کیوبیت و تولید حالت GHZ
پیاده سازی پروتکل معروف انتقال کوانتومی (Quantum Teleportation) و اجرای آن روی یک رایانه کوانتومی واقعی
توجه: این دوره با پلتفرم GitHub Codespaces یکپارچه شده است که محیط توسعه ابری و آنلاین را برای ما فراهم می کند. این محیط امکانات کامل یک IDE را در اختیار شما می گذارد، بدون اینکه نیاز به نصب نرم افزار روی کامپیوتر شخصی تان داشته باشید.
سرفصل های دوره آموزش مبانی رایانش کوانتومی (Quantum Computing)
مقدمه
یادگیری Quantum Computing
آنچه باید پیش از شروع بدانید
معرفی Qiskit و GitHub Codespaces
چرا رایانش کوانتومی مهم است؟
1. کیوبیت های کوانتومی
مقایسه بیت های کلاسیک و کیوبیت ها
اندازه گیری یک کیوبیت
اندازه گیری کیوبیت با استفاده از Qiskit
مروری بر بردارها
مروری بر اعداد مختلط
نمایش کیوبیت ها به صورت برداری
نمایش کیوبیت ها روی کره بلاخ (Bloch Sphere)
بردارهای حالت و کره بلاخ در Qiskit
ساخت یک مدل کره بلاخ
فاز مطلق و نسبی
چالش: ایجاد یک مدار کوانتومی
راه حل: ایجاد یک مدار کوانتومی
2. چند کیوبیت کوانتومی
نمایش چند کیوبیت
نمایش چند کیوبیت با استفاده از Qiskit
چه میزان اطلاعات در یک کیوبیت ذخیره می شود؟
3. گیت های پائولی تک کیوبیتی
مروری بر عملیات ماتریسی
گیت های منطقی کوانتومی
گیت پائولی-X
گیت پائولی-X در Qiskit
گیت پائولی-Y
گیت پائولی-Y در Qiskit
گیت پائولی-Z
گیت پائولی-Z در Qiskit
چالش: اعداد باینری
راه حل: اعداد باینری
4. گیت های برهم نهی تک کیوبیتی
گیت هادامارد (Hadamard)
گیت هادامارد در Qiskit
اندازه گیری در پایه دلخواه
گیت های انتقال فاز (Phase Shift)
گیت های انتقال فاز در Qiskit
گیت های چرخش پارامتریک
گیت های چرخش پارامتریک در Qiskit
اعمال گیت های تک کیوبیتی روی حالت های چندکیوبیتی
چالش: تولید اعداد تصادفی
راه حل: تولید اعداد تصادفی
5. گیت های چندکیوبیتی
گیت کنترل شده NOT (CNOT)
گیت CNOT در Qiskit
گیت Toffoli
گیت Toffoli در Qiskit
گیت Swap و Fredkin
گیت Swap و Fredkin در Qiskit
چالش: جمع کننده دودویی کلاسیک
راه حل: جمع کننده دودویی کلاسیک
6. درهم تنیدگی کوانتومی
درهم تنیدگی کوانتومی چیست؟
نمایش کیوبیت های درهم تنیده
شبیه سازی حالت Bell در Qiskit
چالش: درهم تنیدن سه کیوبیت
راه حل: درهم تنیدن سه کیوبیت
7. سخت افزار واقعی کوانتومی
دسترسی به رایانه های کوانتومی IBM
استفاده از Qiskit روی سخت افزار واقعی
کاهش خطاهای اندازه گیری کوانتومی
8. الگوریتم های کوانتومی
کدگذاری با تراکم بالا (Superdense Coding)
پیاده سازی Superdense Coding در Qiskit
تله پورت کوانتومی
پیاده سازی تله پورت کوانتومی در Qiskit
چالش: تله پورت کوانتومی واقعی
راه حل: تله پورت کوانتومی واقعی
نتیجه گیری
گام های بعدی در مسیر یادگیری Quantum Computing
آیا این دوره پیش نیاز دارد؟
بله، شما برای بهره مندی بیشتر از این دوره، بهتر است با جبر خطی و برنامه نویسی پایتون آشنایی مقدماتی داشته باشی. البته این موارد الزامی نیستند.
حاصل دوره
دانشجویان عزیز با گذراندن این دوره آموزشی با مفاهیم پایه ای رایانش کوانتومی (Quantum Computing)، نحوه عملکرد کیوبیت ها، گیت های کوانتومی، درهم تنیدگی و الگوریتم های ابتدایی آشنا می شوند و می توانند با استفاده از Qiskit، مدارهای کوانتومی واقعی را طراحی، شبیه سازی و حتی روی سخت افزارهای کوانتومی IBM اجرا کنند.
