IBM Quantum Challenge Africa: นักวิจัยชาวแอฟริกันสร้างชุมชนควอนตัมตั้งแต่เริ่มต้นอย่างไร

IBM Quantum Challenge Africa: นักวิจัยชาวแอฟริกันสร้างชุมชนควอนตัมตั้งแต่เริ่มต้นอย่างไร

jumbo jili

การคำนวณควอนตัมสัญญาว่าจะปลดล็อกความสามารถในการแก้ปัญหาที่อาจเปลี่ยนโลก แต่ส่วนไหนของโลกที่มันอาจจะเปลี่ยนไป? และใครจะอยู่ในตำแหน่งที่ดีที่สุดที่จะได้รับประโยชน์สูงสุดจากเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่นี้ เพื่อให้มั่นใจถึงอนาคตที่มีจริยธรรมและเท่าเทียมกันสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม เป็นสิ่งสำคัญที่เสียงจากภูมิหลังระดับภูมิภาค วัฒนธรรม และชาติพันธุ์ทั้งหมดจะมีส่วนช่วยในการวิจัยและพัฒนาที่เกิดขึ้นในปัจจุบัน นี่ไม่ใช่แค่อุดมคติทางปรัชญาเท่านั้น สำหรับสมาชิกของชุมชนควอนตัมในแอฟริกาที่เติบโตอย่างรวดเร็ว และสำหรับชุมชนควอนตัมทั่วโลกนั้น ถือเป็นภารกิจที่สำคัญอย่างยิ่ง

สล็อต

ส่วนหนึ่งของภารกิจนั้นเกี่ยวข้องกับการทำให้แน่ใจว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้เพื่อแก้ปัญหาและสร้างโอกาสเฉพาะสำหรับทวีปแอฟริกา สมาชิกบางคนของชุมชนควอนตัมแสดงความกังวลว่าจะไม่เป็นเช่นนี้ โดยมีพาดหัวข่าวอย่าง “ แอฟริกาจะพลาดการปฏิวัติทางคอมพิวเตอร์ครั้งต่อไปหรือไม่? ” หรือแอฟริกาจะ “ พร้อมที่จะก้าวกระโดดควอนตัม? ” อย่างไรก็ตาม สำหรับผู้เชี่ยวชาญด้านควอนตัมที่อาศัยและทำงานในแอฟริกาในปัจจุบัน ไม่ใช่แค่ว่าทวีปจะพลาดคำสัญญามหาศาลของควอนตัมคอมพิวติ้งหรือไม่ แต่การคำนวณควอนตัมจะพลาดศักยภาพมหาศาลของพรสวรรค์แอฟริกันหรือไม่ เมื่อพิจารณาจากทิศทางที่ประชากรของทวีปกำลังมุ่งหน้าไป นั่นอาจเป็นความสูญเสียครั้งใหญ่
Barry Dwolatzky ศาสตราจารย์กิตติคุณด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและสารสนเทศแห่งมหาวิทยาลัย Witwatersrand (มหาวิทยาลัย Wits) ในเมืองโจฮันเนสเบิร์ก แอฟริกาใต้ กล่าวว่า “ภายในปี 2050 ประชากรของแอฟริกาจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า” การคาดการณ์ในปัจจุบันบ่งชี้ว่าประชากรที่เพิ่มขึ้นส่วนใหญ่จะเป็นเด็กและอยู่ในเมือง ซึ่งเป็นผู้สมัครในอุดมคติในมุมมองของ Dwolatzky สำหรับแรงงานควอนตัมแห่งอนาคต Dwolatzky กล่าวว่า “พวกเขาทั้งหมดจะเป็นผู้ที่มีศักยภาพในการเกณฑ์เข้าสู่โลกใหม่ของเทคโนโลยี ดังนั้นฉันคิดว่าตอนนี้เรากำลังเพาะเมล็ด ซึ่งเราจะเริ่มเห็นตัวเลขมหาศาลมาจากมหาวิทยาลัยของเรา [เพื่อ] ทำงานที่มีคุณภาพ”
ตั้งแต่เครื่องจ่ายสบู่อัตโนมัติซึ่งใช้ไม่ได้กับสีผิวที่เข้มขึ้นไปจนถึงอคติแบบอัลกอริธึมในระบบยุติธรรมทางอาญาประวัติของเทคโนโลยีเต็มไปด้วยตัวอย่างว่าสิ่งต่างๆ อาจเกิดขึ้นได้อย่างไรเมื่อขาดความหลากหลายในหมู่คนที่สร้างสรรค์เทคโนโลยีนั้น เราอาจยังไม่รู้แน่ชัดว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะพิสูจน์คุณค่าของมันได้ที่ไหนและอย่างไร แต่มีสิ่งหนึ่งที่แน่นอน: คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะให้ประโยชน์สูงสุด – และทำอันตรายน้อยที่สุด – เมื่อรวมมุมมองจากชุมชนที่กว้างที่สุด ของนักพัฒนา
นั่นเป็นเหตุผลที่การมีส่วนร่วมจากสมาชิกชุมชนในทวีปแอฟริกามีความสำคัญ และทำไม Qiskit จึงใช้เวลาหลายปีในการทำงานเพื่อส่งเสริมชุมชนนี้ Qiskit Global Summer School ของปีที่แล้วมีผู้เข้าร่วมทั้งหมด 285 คนจาก 26 ประเทศในแอฟริกา และงานในปีนี้มีผู้เข้าร่วมทั้งหมด 288 คนจาก 30 ประเทศในแอฟริกา ในปี 2019 Qiskit เป็นเจ้าภาพจัดงานQiskit Camp Africa hackathon ในแอฟริกาใต้ โดยดึงดูดผู้เข้าร่วมจากทั่วทั้งทวีป
ผู้เข้าร่วมในแอฟริกาในกิจกรรมเหล่านี้ไม่เพียงแต่แสดงให้เห็นถึงความยิ่งใหญ่ของความสามารถเท่านั้น แต่ยังแสดงให้เห็นถึงความเข้าใจและความคิดสร้างสรรค์ที่ไม่เหมือนใครซึ่งได้รับการส่งเสริมจากประสบการณ์ของพวกเขาในฐานะนักศึกษา นักวิจัย และผู้เชี่ยวชาญด้าน STEM ที่อาศัยและทำงานในทวีปนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผู้เข้าร่วมเหล่านี้จำนวนมากได้จัดการกับปัญหาคอมพิวเตอร์ควอนตัมประเภทต่างๆ ที่มีความสำคัญ ไม่ใช่เพียงเพราะเครื่องจักรแบบคลาสสิกต้องดิ้นรนเพื่อแก้ปัญหาเท่านั้น แต่ยังเป็นเพราะชุมชนนักพัฒนาในยุโรป เอเชีย และอเมริกาเหนือมักมองข้ามปัญหาดังกล่าว
เหตุการณ์เหล่านี้ยังพิสูจน์ด้วยว่ามีความกระตือรือร้นอย่างมากสำหรับการคำนวณควอนตัมทั่วทั้งทวีป ในหลายกรณี ความกระตือรือร้นนั้นมาจากสถานที่ที่น่าแปลกใจบางแห่ง Amira Abbas ผู้สนับสนุนการวิจัยควอนตัมของ IBM กล่าวว่า “ความสนใจไม่ได้มาจากนักฟิสิกส์เท่านั้นอย่างที่เราคาดไว้ “มันมาจากผู้คน [ที่มี] ภูมิหลังทุกประเภท เช่น วิศวกร นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ นักคณิตศาสตร์ และอื่นๆ”
การมีส่วนร่วมเช่นนี้มีความสำคัญต่อการเติบโตต่อไปของชุมชนควอนตัมในทวีป เอ็มมาปูลา บาลอย นักศึกษาฝึกงานควอนตัมชุมชนควอนตัมของไอบีเอ็มในแอฟริกาใต้ กล่าวว่าเธอเริ่มให้ความสนใจในสาขานี้เป็นครั้งแรกหลังจากเข้าเรียนที่โรงเรียน Qiskit Global Summer School และงาน OneQuantum Women in Quantum ตอนนี้เธอเป็นปริญญาเอก นักศึกษาวิชาฟิสิกส์ที่ Wits University “เป็นการยากที่จะหามหาวิทยาลัยในท้องถิ่นที่เปิดสอนหลักสูตรคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่คล้ายกับหลักสูตรQubit by Qubit ของ The Coding Schoolที่ฉันเข้าเรียน” เธอกล่าว
ในขณะที่มหาวิทยาลัยต่างๆ กำลังทำวิจัยควอนตัมในแอฟริกาใต้ Baloi ตระหนักว่าหลักสูตรออนไลน์ที่กำหนดเป้าหมายไปยังผู้ชมทั่วโลกเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับทุกคนที่หวังจะเข้าสู่สนาม ตอนนี้ Baloi เองก็กำลังทำงานร่วมกับมหาวิทยาลัยต่างๆ ทั่วทั้งทวีปเพื่อเผยแพร่ความตระหนักในการวิจัยคอมพิวเตอร์ควอนตัมและแบ่งปันโอกาสทางการศึกษา
ผู้เชี่ยวชาญด้านควอนตัมในแอฟริกา เช่น นักวิทยาศาสตร์การวิจัยของ IBM Research South Africa อิสมาอิล อาคัลวายา เชื่อว่าการพัฒนาความรู้ควอนตัมที่ปลูกเองในทวีปแอฟริกาเป็นสิ่งสำคัญ “ตามธรรมเนียมแล้ว เราไม่ใช่เศรษฐกิจเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ในแอฟริกาใต้ หรือแม้แต่ในแอฟริกาทั้งหมด แต่เราต้องเคลื่อนไหวแบบนั้น” เขากล่าว
Akhalwaya แย้งว่าความพยายามด้านการศึกษาที่ทำขึ้นในวันนี้เป็นวิธีเดียวที่จะมั่นใจได้ว่านักวิจัยจะใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมในท้ายที่สุดเพื่อจัดการกับปัญหาในแอฟริกาและเพื่อให้แน่ใจว่าชาวแอฟริกันในอนาคตจะได้รับการเข้าถึงผลตอบแทนทางการค้าที่เป็นไปได้อย่างเท่าเทียมกันของอุตสาหกรรมควอนตัมที่เติบโตเต็มที่ “นี่เป็นเวลาที่จะได้รับ IP” เขากล่าว “นักวิทยาศาสตร์กำลังได้รับสิทธิบัตรสำหรับสิ่งประดิษฐ์ใหม่ๆ ที่เกี่ยวข้องกับควอนตัม และเราควรเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งนั้น”
มหาวิทยาลัยในแอฟริกาอาจไม่ได้สร้างโครงสร้างพื้นฐานด้านฮาร์ดแวร์ควอนตัม แต่ Baloi ชี้ให้เห็นว่านักเรียนมีโอกาสมากมายที่จะส่งผลกระทบต่ออัลกอริทึมและการพัฒนาแอปพลิเคชันด้วยความช่วยเหลือของ Qiskit การสร้างผลกระทบในลักษณะนี้ไม่จำเป็นต้องมีการฝึกอบรมอย่างเป็นทางการเช่นกัน

สล็อตออนไลน์

ตอนนี้ Amira อับบาส Mmapula Baloi อิสมาอิล Akhalwaya ควอนตัมและนักวิจัยอื่น ๆ และผู้สนับสนุนจาก IBM วิจัยและมหาวิทยาลัยซ์กำลังทำงานเพื่อเปิดตัวIBM ควอนตัมท้าทายแอฟริกา พัฒนาโดยนักวิจัยชาวแอฟริกันโดยเฉพาะเจาะจงต่อการมีส่วนร่วมของนักศึกษาชาวแอฟริกัน นักวิจัย และผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรม ความท้าทายนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อขยายชุมชนควอนตัมในแอฟริกา และเพิ่มทักษะคอมพิวเตอร์ควอนตัมของผู้เข้าร่วมโดยแนะนำพวกเขาผ่านการใช้ควอนตัมเพื่อแก้ไขปัญหาในการเกษตร การเงิน และเคมี เพื่อให้เกิดประโยชน์สูงสุด นักพัฒนาที่ท้าทายเช่น Abbas และ Akhalwaya ได้ใช้ความพยายามอย่างมากเพื่อให้แน่ใจว่าแบบฝึกหัด Quantum Challenge Africa นั้นกระตุ้นทางปัญญาโดยไม่ต้องมีพื้นฐานในการคำนวณควอนตัม
IBM Quantum Challenge Africa จะเริ่มตั้งแต่วันที่ 9 กันยายนถึง 20 กันยายน 2021 และถึงแม้ว่างานจะจัดขึ้นเพื่อผู้เข้าร่วมแอฟริกันโดยเฉพาะ แต่ก็เปิดให้ทุกคนจากทั่วโลก ความท้าทายจะประกอบด้วยแบบฝึกหัดสามแบบที่แสดงให้เห็นว่าวันหนึ่งนักวิจัยอาจใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อจัดการกับปัญหาที่เกี่ยวข้องโดยเฉพาะกับทวีปแอฟริกาได้อย่างไร ซึ่งรวมถึงปัญหาในการขนส่งผลผลิตพืชผล การเพิ่มประสิทธิภาพทางการเงิน และการค้นพบยาควอนตัม ไม่จำเป็นต้องมีการศึกษาอย่างเป็นทางการในการคำนวณควอนตัม และผู้เข้าร่วมที่ทำแบบฝึกหัดทั้งหมดจะได้รับป้ายดิจิทัลที่แสดงถึงความสำเร็จของพวกเขา
Clifford กรุ๊ปเป็นหนึ่งในชุดที่สำคัญที่สุดของประตูในควอนตัมคอมพิวเตอร์ขอบคุณประโยชน์ในควอนตัมแก้ไขข้อผิดพลาด , สุ่มเปรียบเทียบและการศึกษาความยุ่งเหยิง โมดูลquantum_infoของQiskitมีคลาสCliffordและStabilizerStateซึ่งช่วยให้คุณมีวิธีมากมายในการจัดการ Cliffords ในการทดลอง Qiskit ของคุณ!
ในบล็อกนี้เราจะกล่าวถึงสิ่งต่อไปนี้:
ภาพรวมโดยย่อขององค์ประกอบคลิฟฟอร์ด
ทำไม Cliffords จึงมีประโยชน์ในการคำนวณควอนตัม
สิ่งที่คุณสามารถทำได้ด้วย Cliffords โดยใช้ Qiskit
งานวิจัยเบื้องหลังการสังเคราะห์ Clifford ของ Qiskit
A Brief(ish) ภาพรวมของ Clifford Elements
ในการคำนวณควอนตัม Clifford Group คือชุดของประตูที่กำหนดโดยคุณสมบัติที่พวกเขาเปลี่ยน Paulis เป็น Paulis เสมอPaulis เองก็เป็นองค์ประกอบของ Clifford Group องค์ประกอบหรือวงจรของ Clifford คือองค์ประกอบหรือวงจรใดๆ ที่ประกอบด้วยตัวดำเนินการจากกลุ่ม Clifford เท่านั้น ซึ่ง Qiskit สามารถใช้งานได้บางส่วน
(สำหรับการสรุปสั้นๆ เกี่ยวกับPaulis โปรดดูที่หนังสือเรียน QiskitและเอกสารประกอบของPauliชั้นเรียน)
สำหรับกรณี qubit เดียว ลำดับของการดำเนินการ Clifford-Pauli-inverse-Clifford จะเทียบเท่ากับการดำเนินการอื่นของ Pauli หรือในกรณีที่ Clifford เป็นตัว Pauli เอง มันจะเปลี่ยนเฟสของ Pauli ตัวนั้นเอง

jumboslot

ความคงตัว
เพื่อให้เข้าใจ Cliffords ดีขึ้นและนำไปใช้โดยใช้ Qiskit อันดับแรกควรทำความเข้าใจแนวคิดของสารกันบูดและกลุ่มสารกันโคลง นั่นเป็นเพราะ ตัวอย่างเช่น เมื่อพูดถึงการคำนวณสำหรับการแก้ไขข้อผิดพลาดของควอนตัม การจัดการสถานะต่างๆ ในรูปแบบกันโคลงได้ง่ายกว่ามาก แทนที่จะใช้สูตรการซ้อนทับที่ซับซ้อนมากขึ้น
เมื่อโอเปอเรเตอร์ของ Pauli ดำเนินการกับสถานะใดสถานะหนึ่งและให้สถานะเดิมแก่คุณ เราบอกว่าโอเปอเรเตอร์นั้นทำให้สถานะนั้นเสถียรขึ้น (กล่าวคือ สถานะนั้นเป็น +1 eigenstate ของ Pauli)
ตัวอย่างเช่น เรารู้ว่า Z|0⟩ = |0⟩
ตัวดำเนินการ Z ที่กระทำต่อสถานะ |0⟩ จะไม่เปลี่ยนสถานะ ดังนั้นเราจึงบอกว่า Z ทำให้เสถียร |0⟩
เมื่อพิจารณาเพียง 1 qubit ตัวดำเนินการ Clifford สามารถสร้างสถานะที่เป็นไปได้ได้ 6 สถานะเท่านั้น (|0⟩ , |1⟩ , |+⟩ , |-⟩ , |i⟩ , |-i⟩) ซึ่งแต่ละสถานะสามารถเสถียรได้ด้วยสถานะเดียว เปาลี (หรืออัตลักษณ์). สถานะเหล่านี้เป็นลักษณะเฉพาะของ Z, X, Y Pauli:
กลุ่มโคลงเป็นกลุ่มของผลิตภัณฑ์เมตริกซ์ของ Paulis ทั้งหมดที่สามารถรักษาเสถียรภาพของรัฐ n-qubit ขนาดของกลุ่มโคลงสำหรับสถานะที่กำหนดจะเป็น 2^n เสมอ เนื่องจากแต่ละกลุ่มทำให้คงตัวทำให้เสถียรได้เพียงสถานะเดียว กลุ่มนี้จึงสามารถใช้เป็นคำอธิบายเฉพาะของสถานะนั้น และเราสามารถเรียกสถานะนั้นว่าสถานะทำให้เสถียร
ดังนั้น สำหรับสถานะ |0⟩ กลุ่มโคลงคือ: { I, Z }
สำหรับสถานะเบลล์ กลุ่มโคลงคือ: { II, XX, -YY, ZZ }
สำหรับสถานะ GHZ 3 บิต กลุ่มโคลงคือ: { XXX, IZZ, ZIZ, ZZI, III, -XYY, -YXY, -YYX }
สำหรับกลุ่มโคลงใด ๆ เราต้องการเพียงชุดย่อยของกลุ่มเท่านั้นจึงจะสามารถสร้างส่วนที่เหลือได้ ชุดย่อยนี้เรียกว่าชุดการกำเนิดและมีขนาด n เสมอ

slot

เป็นตัวแทนของ Cliffords ด้วยเมทริกซ์และสเตบิไลเซอร์
เราสามารถแสดงองค์ประกอบ n-qubit Clifford ใดๆ ด้วยเมทริกซ์ไบนารี 2nx2n และเวกเตอร์ไบนารี 2n (เฟส) ที่เรียกว่าฉาก Clifford และ Qiskit ก็สามารถทำได้เช่นกัน เช่นเดียวกับรูปแบบกันโคลงทำให้มนุษย์สามารถทำงานกับ Cliffords ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ได้ง่ายขึ้น รูปแบบฉากนี้ทำให้คอมพิวเตอร์ทำการคำนวณบน Cliffords ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ดังนั้นจึงเป็นเครื่องมือคำนวณที่มีประโยชน์อย่างเหลือเชื่อ

This entry was posted in Slot and tagged , , , , . Bookmark the permalink.