Computación cuántica basada en la nube

La computación cuántica basada en la nube es la invocación de emuladores , simuladores o procesadores cuánticos a través de la nube. Cada vez más, los servicios en la nube se consideran el método para proporcionar acceso al procesamiento cuántico. Las computadoras cuánticas logran su enorme poder de computación al iniciar la física cuántica en la potencia de procesamiento y cuando a los usuarios se les permite el acceso a estas computadoras cuánticas a través de Internet, se conoce como computación cuántica dentro de la nube.

En 2016, IBM conectó una pequeña computadora cuántica a la nube y permite crear y ejecutar programas simples en la nube. ^[1] A principios de 2017, investigadores de Rigetti Computing demostraron el primer acceso programable a la nube utilizando la biblioteca pyQuil Python . ^[2] Muchas personas, desde investigadores académicos y profesores hasta escolares, ya han creado programas que ejecutan muchos algoritmos cuánticos diferentes utilizando las herramientas del programa. Algunos consumidores esperaban utilizar la informática rápida para modelar los mercados financieros o construir sistemas de inteligencia artificial más avanzados . Estos métodos de uso permiten que personas ajenas a un laboratorio o institución profesional experimenten y aprendan más sobre una tecnología tan fenomenal. ^[3]

Solicitud

La computación cuántica basada en la nube se utiliza en varios contextos:

• En la enseñanza , los profesores pueden utilizar la computación cuántica basada en la nube para ayudar a sus estudiantes a comprender mejor la mecánica cuántica , así como a implementar y probar algoritmos cuánticos . ^{[4] [5]}
• En la investigación , los científicos pueden utilizar recursos cuánticos basados ​​en la nube para probar teorías de información cuántica , ^[6] realizar experimentos , ^[7] comparar arquitecturas, ^[8] entre otras cosas.
• En los juegos , los desarrolladores pueden utilizar recursos cuánticos basados ​​en la nube y crear juegos cuánticos para presentar a las personas los conceptos cuánticos. ^[9]
• En la transformación digital, hay terabytes de big data disponibles para procesar y pronosticar resultados futuros valiosos.
• Se utiliza en el desarrollo de aplicaciones cuánticas basadas en la nube para crear aplicaciones personalizadas para pequeñas empresas.

Plataformas existentes

• qBraid Lab de qBraid ^[10] es una plataforma basada en la nube para computación cuántica. Proporciona herramientas de software para investigadores y desarrolladores cuánticos, así como acceso a hardware cuántico. qBraid proporciona acceso basado en la nube a dispositivos IBM y Amazon Braket, incluidos los simuladores IBM, Xanadu, OQC, QuEra, Amazon Braket, Rigetti e IonQ a partir de agosto de 2023. La plataforma de computación cuántica en la nube viene con un nivel gratuito donde se ofrece acceso ilimitado a hardware y simuladores. disponible con la compra de créditos.
• Quandela Cloud de Quandela es la primera computadora cuántica fotónica europea accesible a la nube. La computadora tiene una interfaz que utiliza el lenguaje de programación Perceval, con tutoriales y documentación disponibles en línea de forma gratuita. ^[11]
• Xanadu Quantum Cloud de Xanadu que consiste en acceso basado en la nube a tres computadoras cuánticas fotónicas totalmente programables. ^[12]
• Forest de Rigetti Computing , que consiste en un conjunto de herramientas para la computación cuántica. Incluye un lenguaje de programación, ^[13] herramientas de desarrollo y algoritmos de ejemplo.
• LIQUi> de Microsoft , que es una arquitectura de software y un conjunto de herramientas para la computación cuántica. Incluye un lenguaje de programación, ejemplos de algoritmos de optimización y programación y simuladores cuánticos.
  • Q# , un lenguaje de programación cuántica de Microsoft en .NET Framework visto como sucesor de LIQUi|>.
• IBM Q Experience de IBM , ^[14] que proporciona acceso a hardware cuántico y simuladores de HPC . Se puede acceder a ellos mediante programación utilizando el marco Qiskit basado en Python o mediante una interfaz gráfica con la GUI de IBM Q Experience . ^[15] Ambos se basan en el estándar OpenQASM para representar operaciones cuánticas. También hay un tutorial y una comunidad en línea . ^[16] Los simuladores y dispositivos cuánticos actualmente disponibles son:
  • Múltiples procesadores qubit transmon . ^[17] Aquellos con 5 y 16 qubits son de acceso público. Los dispositivos de hasta 65 qubits están disponibles a través de IBM Q Network. ^[18]
  • Un simulador basado en la nube de 32 qubits. También se proporciona software para simuladores alojados localmente como parte de Qiskit.
• Quantum in the Cloud de la Universidad de Bristol , que consta de un simulador cuántico y un sistema cuántico óptico de cuatro qubits . ^[19]
• Quantum Playground de Google , que cuenta con un simulador con una interfaz sencilla, y un lenguaje de scripting y visualización de estados cuánticos en 3D . ^[20]
• Quantum in the Cloud de la Universidad de Tsinghua. Se trata de una nueva experiencia de nube cuántica de cuatro qubits basada en resonancia magnética nuclear: NMRCloudQ.
• Quantum Inspire de Qutech es la primera plataforma en Europa que proporciona computación cuántica basada en la nube en dos chips de hardware. Junto a un procesador transmon de 5 qubits, Quantum Inspire es la primera plataforma del mundo ^[21] que proporciona acceso en línea a un procesador cuántico de espín electrónico de 2 qubits totalmente programable:
  • Spin-2 es una computadora cuántica de qubits de espín de 2 qubits , que alberga dos qubits de espín de un solo electrón en un punto cuántico doble en ^28Si purificado isotópicamente .
  • Starmon-5 consta de cinco qubits transmon superconductores en una configuración X.

Además de los chips cuánticos, la plataforma da acceso a QX, un backend de emulador cuántico. Hay disponibles dos instancias del emulador QX, que emulan hasta 26 qubits en un servidor básico basado en la nube y hasta 31 qubits utilizando un nodo "gordo" en Cartesius, la supercomputadora nacional holandesa de SurfSara. Los algoritmos cuánticos basados ​​en circuitos se pueden crear a través de una interfaz gráfica de usuario o mediante el SDK Quantum Inspire basado en Python, lo que proporciona un backend para el marco projectQ, el marco Qiskit. Quantum Inspire proporciona una base de conocimientos ^[22] con guías de usuario y algunos algoritmos de ejemplo escritos en cQASM.

• Amazon Braket, a partir de noviembre de 2022, brinda acceso a computadoras cuánticas construidas por IonQ , Rigetti , Xanadu, QuEra y Oxford Quantum Circuits. Las máquinas D-Wave se pueden utilizar a través de AWS Marketplace. Braket también proporciona un entorno y un simulador de desarrollo de algoritmos cuánticos.
• Forge de QC Ware , que proporciona acceso al hardware D-Wave, así como a simuladores de Google e IBM. La plataforma ofrece una prueba gratuita de 30 días que incluye un minuto de tiempo de computación cuántica. ^[23]

Referencias

1. "Experiencia IBM Q". quantumexperience.ng.bluemix.net . Archivado desde el original el 14 de junio de 2019 . Consultado el 8 de mayo de 2019 .
2. "Demostración del software informático Rigetti: bosque". YouTube . Consultado el 3 de febrero de 2021 .
3. Chen, Xi; Cheng, Bin; Li, Zhaokai; Nie, Xinfang; Yu, Nengkun; Yung, Man-Hong; Peng, Xinhua (2018). "Verificación criptográfica experimental para computación en la nube cuántica a corto plazo". arXiv : 1808.07375 [cuántico-ph].
4. "Estudiantes universitarios en una nube que utilizan IBM Quantum Experience". 9 de junio de 2016.
5. Fedortchenko, Serguei (8 de julio de 2016). "Un experimento de teletransportación cuántica para estudiantes universitarios". arXiv : 1607.02398 [cuántico-ph].
6. Alsina, Daniel; Latorre, José Ignacio (11 de julio de 2016). "Prueba experimental de desigualdades de Mermin en una computadora cuántica de cinco qubits". Revisión física A. 94 (1): 012314. arXiv : 1605.04220 . Código Bib : 2016PhRvA..94a2314A. doi : 10.1103/PhysRevA.94.012314. S2CID  119189277.
7. Devitt, Simon J. (29 de septiembre de 2016). "Realización de experimentos de computación cuántica en la nube". Revisión física A. 94 (3): 032329. arXiv : 1605.05709 . Código Bib : 2016PhRvA..94c2329D. doi : 10.1103/PhysRevA.94.032329. S2CID  119217150.
8. Linke, Norberto M.; Máslov, Dmitri; Roetteler, Martín; Debnath, Shantanu; Figgatt, Carolina; Landsman, Kevin A.; Wright, Kenneth; Monroe, Christopher (28 de marzo de 2017). "Comparación experimental de dos arquitecturas de computación cuántica". Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . 114 (13): 3305–3310. arXiv : 1702.01852 . Código Bib : 2017PNAS..114.3305L. doi : 10.1073/pnas.1618020114 . ISSN  0027-8424. PMC 5380037 . PMID  28325879. 
9. Wootton, James (12 de marzo de 2017). "Por qué necesitamos hacer juegos cuánticos". Medio.
10. qbraid.com
11. Heurtel, Nicolás; Fyrillas, Andreas; de Gliniasty, Grégoire; Le Bihan, Raphaël; Malherbe, Sébastien; Pailhas, Marceau; Bertasi, Eric; Bourdoncle, Boris; Emeriau, Pierre-Emmanuel; Mezher, Rawad; Música, Lucas; Belabas, Nadia; Valiron, Benoît; Senellart, Pascale; Mansfield, Shane; Senellart, Jean (21 de febrero de 2023). "Perceval: una plataforma de software para computación cuántica fotónica variable discreta". Cuántico . 7 : 931. arXiv : 2204.00602 . Código Bib : 2023 Quant... 7.. 931H. doi :10.22331/q-2023-02-21-931. S2CID  247922568.
12. Choi, Charles Q. (9 de septiembre de 2020). "Primera computadora cuántica fotónica en la nube". Espectro IEEE .
13. Smith, Robert S.; Curtis, Michael J.; Zeng, William J. (10 de agosto de 2016). "Una arquitectura práctica de conjunto de instrucciones cuánticas". arXiv : 1608.03355 [cuántico-ph].
14. "Página de inicio de IBM Q". 2 de abril de 2009.
15. "Experiencia cuántica de IBM". 2 de abril de 2009.
16. "Tutorial de la experiencia IBM Q".
17. "Dispositivos y simuladores cuánticos". 2 de abril de 2009.
18. "Red IBM Q". 2 de abril de 2009.
19. "Cuántica en la nube". bristol.ac.uk . Consultado el 20 de julio de 2017 .
20. "Patio de juegos de computación cuántica". quantumplayground.net . Consultado el 20 de julio de 2017 .
21. "QuTech anuncia Quantum Inspire, la primera plataforma pública de informática cuántica de Europa". quantumcomputingreport.com . 22 de abril de 2020 . Consultado el 5 de mayo de 2020 .
22. "Los conceptos básicos de la computación cuántica". Inspiración cuántica . Consultado el 15 de noviembre de 2018 .
23. Lardinois, Frédéric. "QC Ware Forge brindará a los desarrolladores acceso a simuladores y hardware cuántico de todos los proveedores". TechCrunch . Consultado el 29 de octubre de 2019 .

enlaces externos

• Lista de herramientas cuánticas en el informe de computación cuántica
• Lista de simuladores de computación cuántica en quantiki