Superposisi kuantum harimau dan beruang

Ini adalah gambar seekor harimau dan seekor beruang yang saling bertautan. Meskipun ada banyak cara yang bisa dilakukan seseorang untuk mencapai efek ini, saya menggunakan yang agak eksotis: Saya membuat superposisi kuantum dari mereka di komputer kuantum.

Sebelum kita membahas apa itu komputer kuantum, mari kita simak primer yang lebih umum. Komputer normal dibangun dari bit: potongan kecil informasi yang dapat mengambil nilai 0atau 1.

Bit juga dapat digabungkan untuk membuat string bit, seperti 0001 atau 0010. Ini adalah cara yang ampuh untuk menyandikan hampir semua informasi. Contoh paling sederhana adalah menggunakannya untuk angka: 1 adalah 1, 10 adalah 2, 100 adalah 4 dan seterusnya untuk semua kekuatan 2 dan segala sesuatu di antaranya.

Komputer kuantum malah terbuat dari qubit. Seperti bit, ini bisa mengambil nilai 0 dan 1, dan kita bisa menggabungkannya untuk membuat string juga. Jika kita mau, kita bisa menggunakan qubit sebagai jenis bit alternatif.

Ini akan menjadi hal yang cukup mahal untuk dilakukan, karena qubit membutuhkan lebih banyak perhatian dan perhatian daripada bit. Tetapi karena IBM menawarkan prosesor kuantum prototipe secara gratis di cloud, bukan kita yang harus membayar biayanya.

Jadi mari kita menulis beberapa hal dengan qubit!

Cara termudah untuk menulis adalah angka, tetapi agak membosankan. Jadi mari kita mencari teks saja. Standar ASCII menyediakan cara untuk menetapkan string huruf, angka, dan tanda baca menjadi string bit. Ini berarti kita dapat menggunakan perangkat cloud 16 qubit IBM untuk menyandikan beberapa emotikon.

Inilah beberapa string bit emoticon yang bisa kita gunakan.

;) = 00111011 00101001 8) = 00111000 00101001

Kami jelas tidak mendapatkan keuntungan penuh dari qubit ketika kami hanya menggunakannya untuk emotikon. Ini bukan berasal dari bagaimana kita menyandikan informasi, tetapi bagaimana kita memanipulasinya. Daripada dibatasi pada gerbang logika standar di jantung komputer normal, kita dapat melakukan operasi kuantum yang lebih rumit juga.

Dalam beberapa hal, operasi ini dapat memungkinkan qubit menjadi 0 dan 1 sekaligus: superposisi kuantum. Komputer kuantum kemudian dapat menggunakan superposisi ini untuk menciptakan efek interferensi, seperti yang kita lihat ketika gelombang menempatkan. Efek ini kemudian dapat dimanfaatkan dalam program kuantum kami, memungkinkan kami untuk menemukan rute yang lebih pendek antara input dan output.

Tetapi jika kita kembali hanya bermain-main dengan emotikon, kita dapat menggunakan fungsi ini untuk membuat superposisi;) dan 8).

Ketika kami melakukan ini, kami mengekstrak output langsung dari superposisi. Karena itu, kami tidak melihat sedikit pun gangguan. Sebaliknya, ia hanya berfungsi sebagai generator string bit acak untuk;) dan 8). Output acak ini, dikombinasikan dengan Matplotlib, kemudian dapat digunakan untuk membangun gambar untuk mewakili superposisi.

Sekarang mari kita gunakan prinsip yang sama, tetapi lakukan sesuatu yang lebih kompleks dari sekadar emoticon. Mari kita taruh foto!

Untuk melakukan ini, kita perlu memberikan encoding biner pada foto. Untuk serangkaian string biner yang diberikan, kami memberikan masing-masing gambar tertentu. Ini pada dasarnya hanya berarti bahwa kita akan mengambil banyak file gambar, dan memberi mereka string biner sebagai nama file.

Atribusi di https://github.com/decodoku/Quantum_Programming_Tutorial/blob/master/image-superposer/images/License

Saya memilih untuk menggunakan banyak gambar binatang dari Wikimedia Commons. Dengan string empat bit yang sederhana (tetapi tidak terlalu sederhana), kita dapat memiliki 16 gambar berbeda.

Sekarang yang perlu kita lakukan adalah memilih dua gambar untuk menempatkan. Sebagai contoh, saya memilih 0010 (beruang) dan 0001 (harimau). Setelah pilihan ini dibuat, kita tahu bit mana yang kita butuhkan untuk membuat superposisi kuantum.

Membuat superposisi mengharuskan kita memberi tahu beberapa qubit apa yang harus dilakukan. Untuk itu kita membutuhkan program kuantum. Kami juga perlu mengirimkannya ke prosesor kuantum, karena di situlah qubit hidup. Untungnya, tak satu pun dari hal-hal ini menakutkan seperti yang terdengar!

Sebagian besar pemrograman sudah diatur untuk Anda di notebook Jupyter. Ini mengatur pekerjaan dan mengirimkannya ke salah satu perangkat kuantum IBM, menggunakan SDK kuantum QISKit.

Hasilnya harus, idealnya, meludahkan dua hasil yang dipilih dengan probabilitas 50/50. Tetapi alih-alih hanya mengandalkan matematika untuk memprediksi apa yang akan dilakukan komputer kuantum, mari kita benar-benar membuat orang melakukannya. Kami akan menjalankan program berkali-kali dan menggunakan hasilnya untuk memperkirakan probabilitas. Ini kemudian akan digunakan untuk mencampur gambar bersama dalam rata-rata tertimbang, dengan kekuatan setiap gambar yang diberikan oleh probabilitas nama file-nya.

Satu-satunya bagian yang hilang dari notebook adalah bagian paling penting: menyiapkan superposisi. Ini adalah jantung kuantum dari program ini, dan ini adalah bagian yang harus Anda ubah jika Anda ingin menempatkan pasangan gambar yang berbeda. Tapi jangan khawatir, saya membuat game membantu Anda melewatinya.

Mode image superposer dari game ini akan memungkinkan Anda memilih nama file, dan menuntun Anda melalui proses superposing.

Dengan ini, saya menulis potongan kode yang diperlukan untuk membuat harimau dan beruang superposisi. Kemudian saya menggunakan notebook Jupyter untuk mengirim pekerjaan ke perangkat kuantum nyata. Dan pada akhirnya, saya mendapat gambar.

Setengah harimau dan setengah beruang, atau sekitar itu. Karena kebisingan di perangkat kuantum saat ini, ada juga sedikit jejak hewan lain. Ini muncul karena komputer kuantum sesekali mengeluarkan nama file mereka karena kesalahan. Yang paling menonjol adalah badak, yang tanduknya dapat dilihat tepat di atas kaki kanan beruang.

Sekarang Anda memiliki semua yang Anda butuhkan untuk membuat seni kuantum Anda sendiri. Jika Anda tidak menyukai gambar yang saya pilih, cari saja 16 foto Anda sendiri dan berikan mereka nama file biner. Tetapi jika Anda mengirim kekasih Anda superposisi kuantum Anda bersama-sama, waspadalah terhadap photobomb yang disebabkan oleh kebisingan kuantum!