quantum-circuit-optimizer

ما هذا؟

🎯 نصائح المحاكي

📚 المصطلحات

Variational Quantum Eigensolver (VQE)

خوارزمية هجينة تعثر على طاقات الحالة الأرضية الجزيئية من خلال التحسين التكراري لدائرة كمومية ذات معلمات باستخدام ردود الفعل الكلاسيكية.

QAOA

خوارزمية التحسين التقريبي الكمي - طريقة هجينة لحل مشكلات التحسين التوافقي باستخدام العمليات الكمية المتناوبة.

Ansatz

قالب دائرة كمومية ذات معلمات يستخدم في الخوارزميات المتغيرة، والتي يتم تحسين معلماتها بواسطة كمبيوتر كلاسيكي.

Cost Function

دالة رياضية تحدد مدى جودة حل معين، والتي تسعى الخوارزمية الهجينة إلى تقليلها أو تعظيمها.

Barren Plateau

ظاهرة يختفي فيها تدرج دالة التكلفة بشكل كبير مع عدد الكيوبتات، مما يجعل التحسين الكلاسيكي صعبًا للغاية.

Classical Optimizer

الخوارزمية الكلاسيكية (مثل COBYLA أو Adam أو L-BFGS) التي تضبط معلمات الدائرة الكمومية بناءً على نتائج القياس.

Circuit Depth

عدد طبقات البوابة المتسلسلة في الدائرة الكمومية، مما يؤثر بشكل مباشر على وقت الحساب وتراكم الضوضاء.

Gate Synthesis

تحليل العمليات الكمومية المعقدة إلى تسلسلات من البوابات الأولية الأصلية لأجهزة محددة.

Transpilation

تحويل دائرة كمومية لتلبية قيود الأجهزة بما في ذلك مجموعات البوابات الأصلية واتصال الكيوبت.

Error Mitigation

تقنيات لتقليل تأثير الضوضاء على الحسابات الكمومية دون تصحيح كامل للخطأ الكمي، مثل استقراء الضوضاء الصفرية.

Noise Model

وصف رياضي للأخطاء التي تؤثر على المعالج الكمي، بما في ذلك أخطاء البوابة، وأخطاء القياس، وفك الترابط.

Convergence

عملية اقتراب خوارزمية التحسين من الحل الأمثل، ويتم قياسها من خلال تناقص الفرق بين نتائج التكرار المتعاقبة.

Measurement Shots

عدد مرات تنفيذ الدائرة الكمومية وقياسها لبناء إحصائيات لتقدير قيم التوقع.

Ground State Energy

أدنى طاقة ممكنة للنظام الكمي، والتي تهدف خوارزميات VQE إلى إيجادها لتطبيقات المحاكاة الجزيئية.

Qubit Connectivity

التخطيط المادي للاتصالات بين البتات الكمومية على المعالج الكمي، وتحديد أي بوابات ثنائية الكيوبت يمكن تنفيذها مباشرة.

Hardware-Efficient Ansatz

تصميم دائرة ذات معلمات يستخدم فقط البوابات الأصلية للأجهزة المستهدفة ويحترم اتصال الكيوبت الخاص بها، مما يقلل من حمل النقل الزائد.

COBYLA

التحسين المقيد من خلال التقريبات الخطية - مُحسِّن كلاسيكي خالٍ من التدرج يشيع استخدامه في VQE والذي يعمل بشكل جيد مع القياسات الكمومية الصاخبة.

MaxCut Problem

مشكلة تحسين نظرية الرسم البياني تطلب الحد الأقصى لعدد الحواف بين مجموعتين من القمم، وتستخدم عادة لقياس QAOA.

Hamiltonian

عامل رياضي يصف الطاقة الإجمالية لنظام كمي، تسعى خوارزميات VQE الخاصة بحالته الأرضية إلى إيجادها.

Variational Principle

مبدأ ميكانيكا الكم هو أن القيمة المتوقعة للهاملتونية لأي حالة تجريبية تكون دائمًا أكبر من أو تساوي طاقة الحالة الأرضية الحقيقية.

Gradient Descent

خوارزمية تحسين كلاسيكية تقوم بضبط المعلمات بشكل متكرر في اتجاه الانخفاض الحاد في دالة التكلفة.

Expectation Value

النتيجة المتوسطة لقياس الكم الذي يمكن ملاحظته عبر العديد من القياسات المتكررة لحالات الكم المعدة بشكل مماثل.

Fidelity

مقياس لمدى قرب حالتين كموميتين من بعضهما البعض، تتراوح من 0 (متعامد) إلى 1 (متطابق).

Pauli Decomposition

التعبير عن هاميلتون كمجموع مرجح لمنتجات موتر مصفوفات باولي، مما يتيح القياس على الأجهزة الكمومية.

Quantum Volume

مقياس يجمع بين عدد الكيوبتات والاتصال ودقة البوابة لقياس القدرة الإجمالية للمعالج الكمي.

Quantum Advantage

إثبات أن الكمبيوتر الكمي يحل مشكلة عملية بشكل أسرع أو أكثر كفاءة من أي كمبيوتر كلاسيكي.

Adiabatic Theorem

مبدأ ينص على أن النظام الكمي يبقى في حالته الأساسية إذا تغيرت الظروف الخارجية ببطء كاف، وهو أساس التلدين الكمي.

🏆 شخصيات رئيسية

Alberto Peruzzo (2014)

قاد أول عرض تجريبي لـ Variational Quantum Eigensolver (VQE) على معالج كمي فوتوني، مما أثبت أن التحسين الهجين الكمي الكلاسيكي قابل للتطبيق تجريبيًا

Edward Farhi (2014)

شارك في اختراع خوارزمية التحسين التقريبي الكمي (QAOA) ومفهوم الحساب الكمي الأديابي، مما يوفر أطرًا أساسية لتحسين الكم

Jarrod McClean (2016)

طور الإطار النظري لخوارزميات الكم المتغيرة وحدد مشكلة الهضبة القاحلة، مما شكل بشكل أساسي فهم التحسين الهجين الكمي الكلاسيكي

Abhinav Kandala (2017)

قيادة العرض التجريبي لشركة IBM لـ VQE للمحاكاة الجزيئية على الأجهزة الكمومية فائقة التوصيل، وتطوير كيمياء الكم العملية

Maria Schuld (2018)

كانت رائدة في العلاقة بين الدوائر الكمومية المتغيرة والتعلم الآلي، وأسست مجال التعلم الآلي الكمي باستخدام الخوارزميات الهجينة

Alain Aspuru-Guzik (2005)

اقترح الفكرة الأصلية لاستخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية لمحاكاة الكيمياء والمشاركة في تطوير VQE، وربط الحوسبة الكمومية والكيمياء الحاسوبية

Ryan Babbush (2018)

قاد فريق خوارزميات الكم من Google في تطوير أساليب محاكاة كيمياء الكم الفعالة وإظهار VQE على الأجهزة الكمومية الحقيقية

🎓 مصادر التعلم

A variational eigenvalue solver on a photonic quantum processor
تقدم الورقة التاريخية تقنية VQE وتوضحها بشكل تجريبي، مما يضع الأساس للحوسبة الكمومية الكلاسيكية الهجينة.
A Quantum Approximate Optimization Algorithm
تقترح ورقة QAOA الأصلية خوارزمية كمومية لمشاكل التحسين التوافقي التي تعمل ضمن قيود الأجهزة الكمومية على المدى القريب.
Barren plateaus in quantum neural network training landscapes
يحدد التحدي الأساسي في تدريب الدوائر الكمومية المتغيرة، موضحًا أن التدرجات يمكن أن تختفي بشكل كبير مع حجم النظام.
Scalable Quantum Simulation of Molecular Energies on a Quantum Processor
يوضح VQE القابل للتطوير على الأجهزة الكمومية فائقة التوصيل من Google، ويعرض الحساب العملي للطاقة الجزيئية على الأجهزة قريبة المدى.
Quantum Chemistry and Computing for the Curious
مقدمة سهلة الوصول لكيفية قيام أجهزة الكمبيوتر الكمومية بمحاكاة الأنظمة الجزيئية، مع أمثلة عملية لتطبيقات VQE.
Quantum Machine Learning: What Quantum Computing Means to Data Mining
يستكشف التقاطع بين الحوسبة الكمومية والتعلم الآلي، ويغطي خوارزميات الكم المتغيرة لتطبيقات علم البيانات.
Quantum Computation and Quantum Information
المرجع الشامل لنظرية الحوسبة الكمومية، بما في ذلك الأسس الرياضية التي تقوم عليها خوارزميات الكم المتغيرة.
Molecular Electronic-Structure Theory
المرجع النهائي للكيمياء الحسابية، مما يوفر السياق الكيميائي لفهم خوارزميات VQE التي تقوم بالحوسبة.
Variational Quantum Eigensolver Explained
شرح مرئي واضح لكيفية دمج VQE بين الدوائر الكمومية والتحسين الكلاسيكي للعثور على طاقات الحالة الأرضية الجزيئية.
QAOA Tutorial - Solving Optimization Problems with Quantum Computers
إرشادات خطوة بخطوة لتنفيذ QAOA لمشكلة MaxCut، مع أمثلة التعليمات البرمجية والتفسيرات البديهية.
Hybrid Quantum-Classical Computing - IBM Quantum
محاضرة بحثية لشركة IBM حول الجوانب العملية للخوارزميات الهجينة، بما في ذلك استراتيجيات تخفيف الأخطاء واعتبارات الأجهزة.
Quantum Machine Learning with Variational Circuits
برنامج تعليمي حول استخدام الدوائر الكمومية ذات المعلمات لمهام التعلم الآلي، ويغطي النواة الكمومية والمصنفات المتغيرة.

💬 رسالة للمتعلمين

{'encouragement': "Hybrid quantum-classical computing is where theory meets practice in today's quantum world. You do not need to wait for fault-tolerant quantum computers to start solving real problems - the algorithms you explore in this simulator are running on actual quantum hardware right now, tackling challenges in chemistry, finance, and logistics.", 'reminder': 'The most important skill in hybrid quantum computing is not mastering every technical detail - it is developing intuition for how quantum and classical resources can complement each other. Every time you run an optimization and watch the convergence plot, you are building that intuition.', 'action': 'Start with the Water molecule (H2) preset and run the VQE optimization. Watch how the energy converges toward the ground state as the classical optimizer adjusts the quantum circuit parameters. Then try increasing the noise level to see how real-world hardware imperfections affect the results.', 'dream': "We dream of a future where a chemistry student in Ethiopia can simulate novel drug molecules on quantum hardware, where an operations researcher in Cambodia can optimize supply chains using QAOA, and where hybrid quantum computing becomes a standard tool in every scientist's toolkit, regardless of their location or resources.", 'wiaVision': 'WIA Book envisions hybrid quantum-classical computing as the bridge to practical quantum advantage, and our simulators as the on-ramp for the next generation of quantum scientists. By making these advanced algorithms interactive and visual, we transform intimidating mathematics into intuitive understanding.'}

ابدأ الآن

مجاني، بدون تسجيل

ابدأ الآن →