Introducción a la experiencia IBM Q

Ahora estamos en una época en la que puede usar una computadora cuántica desde la comodidad de su hogar. Todo lo que necesita para comenzar su viaje cuántico es IBM Q Experience.

En esta guía, le mostraré cómo configurar un experimento simple. Específicamente, te mostraré cómo configurar el primer rompecabezas del juego Hello Quantum.

Para ir a IBM Q Experience, todo lo que necesita hacer es hacer clic aquí. Esto lo lleva a una sección conocida como el compositor, que debería verse como la imagen a continuación.

El compositor es donde escribes tus programas cuánticos. Por defecto, comienza con los cinco qubits de un procesador cuántico real, conocido como ibmqx4. Pero, en cambio, centrémonos en algo un poco más simple. Configuremos un compositor para solo dos qubits.

Para hacer esto, primero hacemos clic en el botón "Nuevo" en la esquina superior derecha. Entonces necesitamos elegir un nombre. En este ejemplo, configuraré el primer rompecabezas en Hello Quantum, así que lo nombraré después de eso.

El siguiente trabajo es elegir si funciona uno de los dispositivos reales o si se ejecutan simulaciones de algo diferente. Queremos la libertad que nos brinda este último, por lo que hacemos clic en "Topología personalizada" en la parte inferior.

Finalmente, necesitamos cambiar el número de qubits y bits que se usarán. En Hello Quantum estamos viendo procesos en los que dos qubits se convierten en dos bits, por lo que necesitamos dos de los dos. Una vez hecho esto, hacemos clic en "Establecer topología" en la parte inferior.

Ahora tenemos a nuestro compositor para jugar.

Los cuadros a la derecha representan diferentes operaciones que podemos hacer a nuestros qubits. Todo lo que tenemos que hacer es arrastrarlos y soltarlos en las líneas. Para configurar el estado inicial del primer rompecabezas, tenemos que arrastrar y X para dejar el qubit 1.

¡Y ese es el trabajo hecho! Ahora veamos si hizo lo que esperábamos.

El primer rompecabezas de Hello Quantum se parece a la imagen de abajo. El círculo inferior para el qubit de la izquierda es blanco, lo que significa que genera un 1 con certeza. El círculo inferior para el qubit derecho es negro, lo que significa que ciertamente es un 0.

La forma en que obtenemos las salidas para los círculos inferiores es usando la puerta de medición. Esto se puede encontrar desplazándose hacia abajo en la sección de puertas a la derecha.

Para mirar el círculo inferior de ambos, simplemente arrastramos la compuerta de medición a ambas líneas. Cuando hagamos esto, preguntará qué nombre le daremos al bit resultante. Simplemente presione "OK", porque las opciones predeterminadas son las mejores para nosotros.

Una vez que ambas puertas estén en su lugar, es hora de obtener los resultados. Haga esto haciendo clic en "simular".

Si aún no ha iniciado sesión, aquí es donde tendrá que hacerlo. Puede configurar una cuenta solo para IBM Q Experience o iniciar sesión con sus cuentas de redes sociales existentes.

Una vez que todo el administrador haya terminado, verá la pantalla de resultados. Esto presenta sus resultados en forma de histograma.

En este caso, solo hay un resultado posible. Al mirar debajo de la barra, podemos ver que este es el resultado 10, lo que significa un resultado de 1 para el qubit izquierdo y 0 para el derecho. Exactamente como se esperaba!

Ahora veamos los círculos superiores. Para esto necesitamos cambiar las preguntas que le hacemos a los qubits.

Ahora tenemos un histograma con un poco más de actividad.

Ahora hay cuatro resultados posibles: 00, 01, 10 y 11. El simulador ejecuta el proceso 100 veces y descubre que 11 sale el 25% del tiempo, 10 sale el 23% del tiempo, y así sucesivamente.

Si ejecuta esto usted mismo, seguramente encontrará números diferentes. En realidad, todos deberían salir con la misma probabilidad del 25%. Pero como solo usamos un número finito de muestras, siempre veremos anomalías estadísticas como esta.

En cualquier caso, vemos que ambos qubits dan al azar una respuesta de 0 o 1. Y eso es exactamente lo que esperamos para el primer rompecabezas de Hello Quantum.

Ahora hagamos otro ejemplo. Configuraremos el estado inicial del Nivel 4 - Rompecabezas 1.

La forma más fácil de hacer esto es primero hacer que el estado objetivo, y luego trabajar hacia atrás al estado inicial.

El estado objetivo tiene un círculo superior negro para el qubit izquierdo y un círculo superior blanco para el qubit derecho. Si ha jugado Hello Quantum y ha leído la sección "Más información", o si ha leído este artículo, con suerte quedará claro que esto se puede configurar como en la imagen a continuación.

Para pasar de esto al estado inicial del Nivel 4 - Puzzle 1, todo lo que necesitamos es una CZ. Para obtener uno, primero marque la casilla de verificación "Avanzado" en la sección de puertas y luego desplácese hacia abajo. Encontrará la CZ en "subrutinas". Todo lo que tenemos que hacer es arrastrarlo hacia afuera.

Las subrutinas son puertas que puede hacer usted mismo, y la CZ se proporciona como ejemplo. Debido a esto, no tiene su propio símbolo personalizado. En cambio, solo obtiene el símbolo genérico para las subrutinas.

Aquí es donde entran las 'a' y 'b'. Las subrutinas para dos qubits generalmente hacen cosas diferentes en cada qubit, por lo que necesitan las 'a' y 'b' para hacer un seguimiento de qué qubit es cuál. Pero para el caso de la CZ, en realidad podrían quedar fuera. Así que no hay que preocuparse demasiado por ellos.

Si desea ejecutar trabajos en un dispositivo real, no podrá utilizar ninguna subrutina. Pero no se preocupe, todavía hay una manera de obtener la CZ.

El truco es usar una puerta que se parezca un poco a una CZ. Es conocido como el CNOT.

Una de las principales diferencias entre el CNOT y el CZ es que no es simétrico: debemos tener cuidado con la forma en que lo apuntamos. El qubit que obtiene el punto pequeño jugará un papel diferente al que tiene el punto grande.

Para invertir los roles de los qubits, simplemente implementamos la puerta al revés.

De cualquier manera, el qubit con el pequeño do se conoce como el control, y el que tiene el punto grande es el objetivo.

En este artículo, dimos tres explicaciones diferentes sobre cómo funciona una CZ. De manera similar, podemos contar tres historias sobre los efectos de un CNOT. Pero, por lo general, solo nos enfocamos en uno: el CNOT no hace nada al qubit objetivo o hace una puerta X, dependiendo de lo que esté haciendo el objetivo.

Esto es casi exactamente lo mismo que nuestras explicaciones de la CZ. La única diferencia es que se puede aplicar una X, en lugar de una Z. Y como sabemos cómo convertir una X en una Z, podemos convertir una CNOT en una CZ. Todo lo que necesitamos es un par de puertas H.

Con esto, puede hacer todas las puertas CZ que desee, en cualquier dispositivo que desee.

Hola niveles cuánticos

Para comenzar, hemos preparado los estados iniciales para todos los rompecabezas de Hello Quantum. Solo echa un vistazo a los enlaces a continuación.

Nivel 1

  • Rompecabezas 1
  • Puzzle 2
  • Puzzle 3
  • Puzzle 4
  • Puzzle 5
  • Puzzle 6
  • Puzzle 7
  • Puzzle 8
  • Puzzle 9
  • Puzzle 10

Nivel 2

  • Rompecabezas 1
  • Puzzle 2
  • Puzzle 3
  • Puzzle 4

Nivel 3

  • Rompecabezas 1
  • Puzzle 2
  • Puzzle 3
  • Puzzle 4

Nivel 4

  • Rompecabezas 1
  • Puzzle 2
  • Puzzle 3
  • Puzzle 4
  • Puzzle 5
  • Puzzle 6
  • Puzzle 7
  • Puzzle 8
  • Puzzle 9
  • Puzzle 10
  • Puzzle 11 muestra dos estados simultáneamente: 11 ay 11 b