مقدمة

نظرة عامة والدافع

مرحبًا بك في دورة خوارزميات القطرنة الكمومية!

العالم مليء بمسائل بالغة الأهمية يمكن صياغتها على شكل مسائل قطرنة مصفوفات. يمتد هذا عبر مجالات تتراوح من التمويل إلى الفيزياء، وينطبق على أنظمة متباينة كالمواقع الكيميائية الرابطة وشبكات التوزيع. حتى أساليب حل المسائل الأخرى كالتعلم الآلي تستثمر قوة المصفوفات. وقد أتاحت التقدمات في الحوسبة الكلاسيكية قطرنة مصفوفات ذات أحجام مذهلة. لكن لا تزال هناك مسائل تتجاوز حدود خوارزميات القطرنة الكلاسيكية الدقيقة.

تستثمر خوارزميات القطرنة الكمومية (QDAs) قوة الحواسيب الكمومية جنبًا إلى جنب مع المقاربات الكلاسيكية. ويعني هذا أشياء مختلفة لخوارزميات مختلفة. في بعض الحالات، تستخدم الخوارزمية الحاسوب الكمومي لتقدير قيم توقع المصفوفات وتستخدم الحواسيب الكلاسيكية لتشغيل خوارزميات التحسين التغايري. هذا صحيح، على سبيل المثال، لمحلّ القيم الذاتي الكمومي التغايري (VQE). وفي حالات أخرى، تُستخدم القياسات الكمومية لتحديد الفضاءات الجزئية المناسبة لإسقاط المصفوفة المعنية فيها، وتُجرى قطرنة المصفوفة المُسقَطة كليًا على الحواسيب الكلاسيكية. هذا ما تصفه طرق القطرنة الكمومية القائمة على أخذ العينات (SQD)، وهي من أكثر الطرق إثارةً في العصر الحالي للحوسبة الكمومية.

تُقدم هذه الدورة نظرة عامة على عدة مقاربات للقطرنة الكمومية. نُزوّدك بخلفية عن الطرق الكلاسيكية المستخدمة، أو تلك التي ألهمت الخوارزميات الكمومية، ونستعرض خطوة بخطوة تنفيذ الخوارزميات الكمومية على حواسيب كمومية حقيقية. ثمة نقاش مستفيض حول العوامل التي تُحدد أسلوب تحجيم المقاربات التي تستخدم الخوارزميات الكلاسيكية والكمومية. وهذا أمر بالغ الأهمية لتحديد ما إذا كانت مسألتك تستفيد من خوارزمية كمومية بعينها. من خلال ربط المقاربات الرياضية المجردة بأحدث الأجهزة الكمومية، يُمكّن المنهج المشاركين من مواكبة التقنيات الحسابية الكمومية سريعة التطور.

أهداف تعلم الدورة

من خلال إتمام هذه الدورة، يمكنك توقع بناء المهارات والكفاءات الأساسية التالية. سيتمكن المتعلمون من:

1. تحديد عدة تطبيقات صناعية لقطرنة المصفوفات الكبيرة.

2. تحديد عدة مقاربات كلاسيكية للقطرنة ونظيراتها الكمومية.

3. شرح العوامل التي تُحدد كفاءة QDAs.

4. تحديد عدة نقاط قوة وضعف نسبية للـ QDAs الشائعة.

5. تنفيذ QDAs باستخدام أدوات IBM Quantum البدائية واتباع أنماط Qiskit.

6. تحديد أنواع المسائل الأكثر ملاءمة للـ QDAs.

7. تكييف مسألة نموذجية لتناسب مسألتهم الخاصة.

8. معرفة قيود تنفيذ QDAs على الحواسيب الكمومية قبل بلوغ الحوسبة المتسامحة مع الأخطاء واسعة النطاق.

هيكل الدورة

تتكون هذه الدورة من عدة دروس. يحتوي كل درس على عدة أسئلة تدريبية في أثناء النص، لتتمرن على المهارات الجديدة أو تتحقق من فهمك أثناء التقدم. هذه الأسئلة ليست إلزامية.

في نهاية الدورة، يوجد اختبار من 20 سؤالًا. يجب أن تحصل على 70% على الأقل في هذا الاختبار للحصول على شارة خوارزميات القطرنة الكمومية عبر Credly. إذا حصلت على 70% على الأقل، ستُرسَل إليك شارتك تلقائيًا بالبريد الإلكتروني بعد فترة وجيزة. هناك حد لعدد مرات أداء هذا الاختبار. راجع الاختبار لمزيد من التفاصيل.

هيكل الدورة على النحو التالي:

• الدرس 0: مقدمة ونظرة عامة

• الدرس 1: محلّ القيم الذاتي الكمي التغايري

• الدرس 2: القطرنة الكمومية لكريلوف

• الدرس 3: القطرنة الكمومية القائمة على أخذ العينات

• الدرس 4: تطبيق SQD

• الدرس 5: القطرنة الكمومية لكريلوف القائم على أخذ العينات

• اختبار الشارة