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Programación de ordenadores cuánticos

by Eric R. Johnston, Nic Harrigan, Mercedes Gimeno-Segovia

September 2024

Intermediate to advanced

336 pages

8h 49m

Spanish

O'Reilly Media, Inc.

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Cómo está estructurado este libroConvenciones utilizadas en este libroUtilizar ejemplos de códigoAprendizaje en línea O'ReillyCómo contactar con nosotrosAgradecimientos
Antecedentes requeridos¿Qué es una QPU?Un enfoque prácticoIntroducción a QCEngineInstrucciones nativas QPULimitaciones del simuladorLimitaciones del hardwareQPU frente a GPU: Algunas características comunes
Un vistazo rápido a un Qubit físicoIntroducción a la notación circularTamaño del círculoRotación circularLas primeras operaciones de la QPUInstrucción QPU: NOInstrucción QPU: HADInstrucción QPU: LEERInstrucción QPU: ESCRIBIRPráctico: Un bit perfectamente aleatorioInstrucción QPU: FASE(θ)Instrucciones QPU: ROTX(θ) y ROTY(θ)COPIA: La operación perdidaCombinar operaciones QPUInstrucción QPU: ROOT-of-NOTPruébalo: Cazador de espías cuánticoConclusión
Notación circular para registros multiQubitDibujar un Registro Multi-QubitOperaciones de un solo qubit en registros de varios qubitsLectura de un Qubit en un Registro MultiQubitVisualizar un mayor número de QubitsInstrucción QPU: CNOTPráctico: Uso de los Pares de Campanas para el Azar CompartidoInstrucciones QPU: CPHASE y CZTruco QPU: Contragolpe de faseInstrucción QPU: CCNOT (Toffoli)Instrucciones QPU: SWAP y CSWAPLa prueba del intercambioConstruir cualquier operación condicionalPráctico: Aleatoriedad teledirigidaConclusión
Práctico: Vamos a teletransportar algoRecorrido del programaPaso 1: Crear un Par EnredadoPaso 2: Prepara la carga útilPaso 3.1: Enlaza la Carga Útil al Par EnredadoPaso 3.2: Pon la carga útil en una superposiciónPaso 3.3: LEE los dos Qubits de AlicePaso 4: Recibir y transformarPaso 5: Verificar el resultadoInterpretación de los resultados¿Cómo se utiliza realmente el teletransporte?Diversión con famosos accidentes de teletransportadores
Extrañamente diferenteAritmética en una QPUPráctico: Construir operadores de incremento y decrementoSuma de dos números enteros cuánticosEnteros negativosPráctica: Matemáticas más complicadasVolverse realmente cuánticoEjecución cuántico-condicionalResultados codificados en faseReversibilidad y Rasca QubitsUncomputingAsignación de la lógica booleana a las operaciones de la QPULógica cuántica básicaConclusión
Práctico: Conversión entre fase y magnitudLa iteración de amplificación de amplitud¿Más iteraciones?Entradas volteadas múltiplesUso de la amplificación de amplitudAA y QFT como Estimación de SumasAcelerar los algoritmos convencionales con AADentro de la QPULa intuiciónConclusión
Patrones ocultosLa QFT, la DFT y la FFTFrecuencias en un registro QPUEl DFTEntradas DFT reales y complejasDFT TodoUtilizando la QFTEl QFT es rápidoDentro de la QPULa intuiciónOperación por operaciónConclusión

Aprender sobre las operaciones de la QPULas eigenfases nos enseñan algo útilQué hace la estimación de faseCómo utilizar la estimación de faseEntradasSalidasLa letra pequeñaElegir el tamaño del registro de salidaComplejidadOperaciones condicionalesEstimación de fase en la prácticaDentro de la QPULa intuiciónOperación por operaciónConclusión
Datos no enterosQRAMCodificaciones vectorialesLimitaciones de la codificación de amplitudCodificación de amplitud y notación circularCodificaciones matriciales¿Cómo puede una operación QPU representar una matriz?Simulación Cuántica
Fase LógicaConstruir operaciones elementales de fase lógicaConstruir declaraciones lógicas de fase complejasResolver acertijos de lógicaDe gatitos y tigresReceta general para resolver problemas de satisfacción booleanaPráctico: Un problema 3-SAT satisfactorioPráctica: Un problema 3-SAT insatisfactibleAcelerar los algoritmos convencionales
¿Qué puede hacer una QPU por los gráficos por ordenador?Supermuestreo convencionalPráctico: Cálculo de imágenes con codificación de faseUn sombreador de píxeles QPUUtilizar PHASE para dibujarDibujar curvasMuestreo de imágenes con codificación de faseUna imagen más interesanteSupermuestreoEl QSS frente al muestreo Monte Carlo convencionalCómo funciona el QSSAñadir colorConclusión
Práctico: Usar Shor en una QPUQué hace el algoritmo de Shor¿Necesitamos una QPU?El enfoque cuánticoPaso a Paso: Factorización del número 15Paso 1: Inicializar los Registros de la QPUPaso 2: Expansión a la Superposición CuánticaPaso 3: Multiplicar condicionalmente por 2Paso 4: Multipía condicional por 4Paso 5: Transformada Cuántica de FourierPaso 6: Leer el resultado cuánticoPaso 7: Lógica digitalPaso 8: Comprueba el resultadoLa letra pequeñaCálculo del móduloEl tiempo frente al espacioCoprimos distintos de 2
Resolución de sistemas de ecuaciones linealesDescribir y resolver sistemas de ecuaciones linealesResolver ecuaciones lineales con una QPUAnálisis Cuántico de Componentes PrincipalesAnálisis convencional de componentes principalesPCA con una QPUMáquinas de vectores de soporte cuánticosMáquinas convencionales de vectores soporteSVM con una QPUOtras aplicaciones del aprendizaje automático
De la notación circular a los vectores complejosAlgunas sutilezas y notas sobre terminologíaBase de mediciónDescomposiciones y compilación de puertasTeletransporte de la PuertaSalón de la Fama QPULa carrera: Los ordenadores cuánticos frente a los convencionalesNota sobre los algoritmos basados en OracleDeutsch-JozsaBernstein-VaziraniSimonLenguajes de programación cuánticaLa promesa de la simulación cuánticaCorrección de errores y dispositivos NISQ¿Y ahora qué?LibrosNotas de claseRecursos en línea

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Capítulo 6. Amplificación de la amplitud

Este trabajo se ha traducido utilizando IA. Agradecemos tus opiniones y comentarios: translation-feedback@oreilly.com

En el capítulo anterior mostramos cómo construir operaciones aritméticas y lógicas convencionales que utilizan el poder de la superposición. Pero al utilizar una QPU, poder realizar cálculos en superposición no sirve de nada si no tenemos algo ingenioso bajo la manga para asegurarnos de que realmente somos capaces de READ obtener una solución.

En este capítulo introducimos la primera primitiva cuántica que nos permite manipular superposiciones de una forma que podamos comprobar de forma fiable READ. Ya hemos señalado que existen muchas primitivas de este tipo, cada una adecuada para distintos tipos de problemas. La primera que trataremos es la amplificación de amplitud.¹

Práctico: Conversión entre fase y magnitud

En pocas palabras, la amplificación de amplitud es una herramienta que convierte las diferencias de fase inaccesibles dentro de un registro QPU en diferencias de magnitud capaces de READ(y viceversa). Como herramienta de la QPU, es sencilla, elegante, potente y muy útil.

Consejo

Dado que la amplificación de amplitud convierte las diferencias de fase en magnitudes, podrías pensar que amplificación de magnitud sería un nombre mejor. Sin embargo, "amplificación de amplitud" se utiliza habitualmente en la literatura más amplia para referirse al tipo de primitiva que describimos aquí.

Por ejemplo, supongamos que tenemos ...