Qrisp: Yeni bir açık kaynak çerçevesiyle kuantum bilgisayar programlama
Fraunhofer FOKUS, kuantum hesaplama için yeni bir çerçeve sundu: Proje açıklamasına göre Qrisp, kuantum sistemleri ve ilişkili bir çerçeve ile çalışmak için üst düzey bir programlama dilidir. Açık İletişim Sistemleri Enstitüsü’ne göre, kuantum algoritmalarının verimli ve ölçeklenebilir yazılmasını sağlamaya çalışıyor. Amaç, kuantum bilişimi geliştirici topluluğunun öncekinden daha büyük bölümlerine açmaktır.
Qrisp yaygın programlama paradigmalarını destekler
Çok sayıda özellik, kuantum kodu yazmayı basitleştirmeyi amaçlar: Qrisp ekibi, çerçeveyi kullanıcı dostu sözdizimi, kapsamlı belgeler ve yaygın programlama paradigmaları (değişkenler, if koşulları, döngüler gibi) için destekle sunar. Qrisp’teki kod, kuantum devre düzeyine kadar derlenebilir, bu da onu günümüzün kuantum devrelerini kullanan fizik arka uçlarının çoğuyla uyumlu hale getirir. Qrisp ile kapıdan kapıya montaj veya qubit işleme gibi birçok düşük seviyeli kodlama görevi otomatikleştirilmelidir.
(Resim: Sashkin/Shutterstock.com)
Üst düzey programlama dilleri C++, Python, Java, JavaScript, C# ve WebAssembly dahil olmak üzere bilgisayar programları yazmak için insanlar ve makineler arasında bir “köprü dili” görevi görür. En eski üst düzey programlama dilleri arasında FORTRAN (Formül Çevirisi), ALGOL (Algoritmik Dil) ve LISP (Liste İşleme) yer alır, eğer Konrad Zuse’nin ilk dili olan “Plankakul”u görmezden gelirseniz. Makine dillerinden önemli ölçüde daha karmaşıktırlar. Mikroişlemciler talimatları doğrudan anlamazlar ve kodun bir tercüman veya derleyici kullanılarak makine diline çevrilmesi gerekir. “Yüksek seviye” ise öğrenme veya programlamada bir derece zorluk anlamına gelmez, ancak bu diller karmaşık görevleri programlar aracılığıyla işler hale getirmeye hizmet eder.
Karmaşık ilişkileri kompakt bir şekilde ifade edin
Giderek daha karmaşık hale gelen ilişkileri, daha sonra ikinci bir geçişte makine koduna ayrıştırılabilen kompakt bir şekilde ifade edebiliyorlar. Kaynak kodun okunabilirliği artar ve yinelemeli görevler azalır. Sözdizimi giderek artan bir şekilde insan alışkanlıklarına uyarlanır, diller işlemci türünden büyük ölçüde bağımsız çalışır, gerekli makine dili çevirisi nedeniyle daha yavaştır (örneğin, C gibi makine dillerine kıyasla) ve kapsamlı semantik analize izin verir.
İşlevler arasında kuantum kaynaklarını geri dönüştürün
Kuantum hesaplamadaki en büyük engel, bireysel kuantum kapılarının ve kübitlerin kontrolüdür. “Gelişmiş bir qubit işleme sistemi” ile geri dönüştürülmüş kuantum kaynakları, yeni çerçevedeki işlevler arasında otomatik olarak yeniden kullanılabilir. Qrisp kodu bu şekilde modüler hale getirilebilmelidir. Yazma sistemi, ölçeklenebilir algoritmalar geliştirmenin karmaşıklığını ortadan kaldıran Python altyapısına sıkı bir şekilde entegre edilmiştir. Proje ekibine göre Qrisp’in hafif ve hızlı olduğu iddia ediliyor, bu da “rahat bir geliştirme iş akışı sağlıyor.” Karşılaştırma için, sitenizde iki n-bit tamsayıyı çarparak aynı şeyi yapan iki kod parçacığı sağlarsınız. Bir kod parçacığı Qiskit ile, diğeri Qrisp ile yazılmıştır:
Karşılaştırma için: iki n-bitlik tamsayının çarpımı — solda Qiskit’te, sağda Qrisp’te yazılmıştır.
(Resim: Fraunhofer FOKUS)
Qrisp kombinatoryal problemleri nasıl çözer?
Ekteki yayınlanan eğitimde ekip, gezgin satıcı problemini çözmek için Qrisp’in veya kısaca TSP’nin nasıl kullanılacağını açıklıyor. Bir hatırlatma olarak: TSP, teorik bilgisayar biliminden bir kombinatoryal optimizasyon problemidir. Görev, başlangıç noktası dışında hiçbir istasyonu birden fazla ziyaret etmeyecek, tüm gidiş-dönüş mümkün olduğunca kısa olacak ve ilk istasyon aynı zamanda varış noktası olacak şekilde birkaç yeri ziyaret etmek için bir dizi seçmektir. Qrisp’in eğitiminde sunulan çözüm, ilgili kübitleri tekrar tekrar çözülen ve diğer değişkenler için yeniden kullanılan yaklaşık on farklı kuantum değişkeni içerir.
Sunulan yaklaşımın, daha önce yaygın olan QUBO tabanlı yaklaşıma göre kübit sayısı açısından daha iyi ölçeklenmesi bekleniyor. Ekibe göre örnek, Qrisp’in “yüksek seviyeli bir dil olarak karmaşık sorunlara yeni ve ölçeklenebilir çözümler sağladığını” göstermelidir. Kuantum programlama için üst düzey programlama dilleri bu nedenle muhtemelen kuantum bilgi biliminin geleceğinin ayrılmaz bir parçası olacaktır.
Kuantum bilişim 2025 yılına kadar yaygın olarak kullanılabilir mi?
Fizikçi ve eski Deutsche Bahn CTO’su Prof. zaman içinde azalır ve özellikle bilgi işlem süreçleri için enerji gereksinimi, geleneksel veri merkezlerine göre önemli ölçüde daha düşük olur. Jeschke, soğutulmuş kuantum sistemlerinde bile önceki enerjinin yalnızca yaklaşık onda birinin gerekli olduğunu, oda sıcaklığında sistemlerde (Jeschke’nin kendi ifadelerine göre 2028 civarında beklediğini) bugün gerekli enerjinin yalnızca yüzde birinin ödenmesi gerektiğini açıkladı. Gerçek zamanlı hesaplama ve makine öğrenimine sahip sistemler için, hesaplama süreçlerinin hızlandırılması önemli ilerlemeler sağlamalıdır.
Kuantum hesaplama yakında enerji tasarruflu yüksek performanslı hesaplamayı mümkün kılacağından ve dolayısıyla bir kesintiyi tetikleyeceğinden, Jeschke’ye kuantum algoritmalarıyla ilgilenmesi şiddetle tavsiye edilir. Ekonomi ve İklim Koruma Bakanlığı’nın Qrisp’teki Fraunhofer FOKUS projesini finanse etmesinin nedeni, yüksek performanslı bilgi işlemde beklenen enerji tasarrufu potansiyeli olabilir. Mimar ve yazılım geliştiricisi Raphael Seidel ve meslektaşları Dr.-Ing. Web sitesine göre sorular için irtibat kişileri olan Nikolay Tcholtchev (proje yönetimi) ve Sebastian Bock.
GitHub’da Qrisp ve öğreticiler
Qrisp hakkında daha fazla bilgi proje web sitesinde mevcuttur. Qrisp, Fraunhofer GitHub deposunda açık kaynak yazılım olarak mevcuttur. Başlamanız ve çerçeveye alışmanız için bir öğretici var. Ekip, “Referanslar” alanında Qrisp hakkında ayrıntılı belgeler sağlar.
(onun)
Haberin Sonu