کتاب Quantum Programming in Depth: Solving problems with Q# and Qiskit (برنامه‌نویسی کوانتومی عمیق: حل مسائل با Q# و Qiskit) نوشته Mariia Mykhailova، یک راهنمای جامع برای برنامه نویسی کوانتومی است که فراتر از مفاهیم پایه می رود و به خوانندگان کمک می کند تا مسائل پیچیده محاسبات کوانتومی را با استفاده از فریمورک های Q# مایکروسافت و Qiskit آی‌بی‌ام حل کنند.
این کتاب با رویکردی عملی و پروژه محور، به خوانندگان، از دانشجویان گرفته تا مهندسان نرم‌افزار آشنا با پایتون و اصول محاسبات کوانتومی، آموزش می‌دهد که چگونه الگوریتم‌های کوانتومی طراحی کنند، برنامه‌های کوانتومی بنویسند، آنها را با شبیه‌سازها و ابزارهای تخصصی تست کنند، و عملکرد آنها را در کامپیوترهای کوانتومی آینده ارزیابی کنند. این منبعی اساسی برای کسانی است که به دنبال تسلط بر برنامه نویسی کوانتومی و مشارکت در توسعه نرم‌افزارهای کوانتومی نسل بعدی هستند.
در ادامه مقدمه‌ای از کتاب Quantum Programming in Depth را از زبان نویسنده شرح خواهیم داد.
مقدمه‌ای بر کتاب Quantum Programming in Depth:
من در اوایل سال ۲۰۱۷ به مایکروسافت کوانتوم پیوستم و به تبع آن وارد دنیای محاسبات کوانتومی شدم، درست زمانی که تیم شروع به توسعه زبان برنامه‌نویسی کوانتومی کرد که بعدها Q# نام گرفت. بخش بزرگی از هشت سال بعدی را صرف یادگیری محاسبات کوانتومی و کمک به دیگران برای انجام همین کار کردم، هم به عنوان بخشی از کارم در مایکروسافت و هم در درسی که در دانشگاه نورث‌ایسترن تدریس می‌کنم. و در طول این مدت، چندین شکاف را در نحوه آموزش محاسبات کوانتومی مشاهده کردم.
اولاً، بسیاری از مطالب در زمینه محاسبات کوانتومی فقط بر جنبه‌های ریاضی آن تمرکز داشتند. من یک ریاضی‌دان کاربردی هستم، بنابراین با ریاضیات راحت هستم. اما شغل من مهندسی نرم‌افزار است، و وقتی می‌توانم الگوریتم‌ها را پیاده‌سازی کنم و با اجرای آنها آزمایش کنم، با آنها بسیار راحت‌ترم!
اولین پروژه من در آموزش محاسبات کوانتومی، Quantum Katas، بر معرفی مبانی – حالت‌ها و گیت‌های کوانتومی، اندازه‌گیری‌ها و الگوریتم‌های ساده – از طریق مجموعه‌ای از مسائل برنامه‌نویسی تمرکز داشت که یادگیرنده برای درونی کردن نظریه آنها را حل می‌کرد.
شکاف دوم بعدها در مسیر یادگیری ظاهر می‌شود. منابع زیادی با عنوان “مقدمات محاسبات کوانتومی” وجود دارد که بر مفاهیم مقدماتی تمرکز دارند. اما، هنگامی که شما به اصول اولیه مسلط شدید، چه چیزی در ادامه قرار دارد؟ “محاسبات کوانتومی ۲۰1” چگونه به نظر می‌رسد؟ اگر فقط مدارهای ساده‌ای را اجرا کرده‌اید، چگونه شروع به پیاده‌سازی الگوریتم‌های کوانتومی واقعی می‌کنید؟
چگونه کد کوانتومی که می‌نویسید را آزمایش می‌کنید؟ برای کامپیوترهای کوانتومی مقاوم در برابر خطا در آینده، چه چیزی باید در مورد برنامه‌نویسی کوانتومی بدانید؟ و در نهایت، چگونه می‌توانید بفهمید که راه‌حل کوانتومی شما برای مشکلی که به آن نگاه می‌کنید، بهتر از یک الگوریتم کلاسیک عمل خواهد کرد؟ این کتاب قصد دارد به این سوالات پاسخ دهد.
کتاب Quantum Programming in Depth مجموعه‌ای از مسائل را به شما ارائه می‌دهد، از ساخت کتابخانه‌های برنامه‌نویسی کوانتومی گرفته تا حل مسائل کلاسیک با استفاده از الگوریتم‌های کوانتومی، و شما را گام به گام در مسیر حل آنها همراهی می‌کند. به عنوان بخشی از بحث، من گردش کار توسعه نرم‌افزار کوانتومی را معرفی می‌کنم، از یافتن الگوریتم مناسب برای حل مسئله مورد نظر گرفته تا پیاده‌سازی راه‌حل، تست آن، و ارزیابی عملکردش. هر مسئله در نهایت به عنوان یک پروژه نرم‌افزاری سرتاسری پیاده‌سازی می‌شود.
در طول کتاب، از Qiskit و Q# – دو زبان برنامه‌نویسی کوانتومی که امروزه برای تحقیقات محاسبات کوانتومی استفاده می‌شوند – استفاده می‌کنم تا اطمینان حاصل کنم که ابزارها و روش‌هایی که در مورد آنها صحبت می‌کنم، مرتبط با چشم‌انداز کنونی برنامه‌نویسی کوانتومی هستند.
البته، موضوعات زیادی وجود دارد که نتوانستم در کتاب بگنجانم: کاربردهای خاص دامنه، معماری کامپیوترهای کوانتومی مقاوم در برابر خطا و پشته نرم‌افزاری که برای آنها می‌سازیم، و اشکال‌زدایی الگوریتم‌های کوانتومی در مقیاس بزرگ، از جمله آنها هستند. امیدوارم این کتاب به شما نشان دهد که چگونه به محاسبات کوانتومی به عنوان یک مهندس نرم‌افزار و حل‌کننده مسائل فکر کنید و بدین ترتیب شما را به ذهنیتی مجهز کند که برای ادامه پیگیری دانش به آن نیاز خواهید داشت!
درباره کتاب Quantum Programming in Depth
کتاب “برنامه‌نویسی کوانتومی عمیق” قرار نیست محاسبات کوانتومی را از صفر به شما آموزش دهد، هرچند امیدوارم فارغ از دانش قبلی‌تان، چیزهای زیادی از آن بیاموزید. این کتاب به منظور کمک به شما برای تعمیق درک مفاهیم بنیادی و به کارگیری آنها برای حل مسائل، و همچنین گسترش تجربه شما در توسعه نرم‌افزار کوانتومی نوشته شده است.
کتاب Quantum Programming in Depth کتابی نیست که فقط نگاهی به آن بیندازید یا ورق بزنید. هر فصل یک پروژه یا مجموعه‌ای از مسائل را به شما ارائه می‌دهد و در حالی که شما را در راه‌حل‌های ریاضی و سپس پیاده‌سازی‌های کدنویسی راهنمایی می‌کند، اگر خودتان سعی کنید وظایف را حل کرده و کد را بنویسید و سپس برای تلاش برای پروژه‌های اضافی از لیست‌های “گام فراتر” وقت بگذارید، بیشترین بهره را خواهید برد. هرچه تلاش بیشتری برای کار با این کتاب سرمایه‌گذاری کنید، مسائل محاسبات کوانتومی که بعداً با آنها روبرو خواهید شد، آسان‌تر به نظر خواهند رسید.
کتاب Quantum Programming in Depth برای چه کسانی است؟
این کتاب برای افرادی نوشته شده است که علاقه‌مند به یادگیری محاسبات کوانتومی و برنامه‌نویسی کوانتومی فراتر از مبانی هستند. این کتاب برای یادگیرندگانی در نظر گرفته شده است که یک دوره مقدماتی را گذرانده‌اند و می‌خواهند دانش خود را عمیق‌تر کنند، یا شاید نظریه را مطالعه کرده‌اند و می‌خواهند تجربه عملی در به کارگیری آن به دست آورند. شما باید از قبل درکی از مفاهیم و اصطلاحات اولیه، مانند گیت‌های کوانتومی، اندازه‌گیری‌ها و نماد دیراک داشته باشید.
کتاب Quantum Programming in Depth به شما کمک می‌کند تا از آشنایی سطحی با مفاهیم محاسبات کوانتومی به استفاده از آنها برای حل مسائل واقعی برسید. با نوشتن برنامه‌های کوانتومی، تست آنها و یادگیری نحوه فکر کردن در مورد عملکردشان، اعتماد به نفس بیشتری پیدا خواهید کرد تا موارد استفاده بالقوه محاسبات کوانتومی را بهتر درک کنید.
اگر در مورد مفاهیم پایه محاسبات کوانتومی، مانند نماد دیراک، نیاز به توضیحات بیشتری دارید، یا سوالی در مورد مسیر یادگیری برنامه‌نویسی کوانتومی دارید، خوشحال می‌شوم کمک کنم.
ساختار کتاب Quantum Programming in Depth: یک نقشه راه
این کتاب نُه فصل دارد. فصل اول یک مرور کلی سریع بر محاسبات کوانتومی، انواع مسائلی که ممکن است کارآمدتر از محاسبات کلاسیک حل کند، و توسعه سخت‌افزار و نرم‌افزار کوانتومی به شما می‌دهد.
بخش اول: بلوک‌های سازنده و ابزارهای توسعه
فصل‌های کتاب Quantum Programming in Depth باقی‌مانده به سه بخش تقسیم می‌شوند. بخش ۱ شامل دو پروژه است که می‌توانند به عنوان بلوک‌های سازنده برای الگوریتم‌های پیچیده‌تر دیگر استفاده شوند. این بخش همچنین به شما نشان می‌دهد که چگونه کد کوانتومی را در Q# و Qiskit بنویسید، آن را روی شبیه‌سازها اجرا کنید و تست نمایید:
- فصل ۲: یک کتابخانه برای آماده‌سازی حالت‌های کوانتومی دلخواه ایجاد خواهید کرد.
- فصل ۳: یاد می‌گیرید که تبدیل‌های یکانی را که بخشی از مجموعه گیت‌های داخلی نیستند، پیاده‌سازی کنید.
بخش دوم: استخراج اطلاعات از سیستم‌های کوانتومی
بخش ۲ کتاب Quantum Programming in Depth مجموعه‌ای از پروژه‌های کوچک‌تر را ارائه می‌دهد که بر یادگیری اطلاعات درباره سیستم‌های کوانتومی تمرکز دارند:
- فصل ۴: بر استفاده از اندازه‌گیری‌ها برای به دست آوردن اطلاعات لازم درباره حالت‌های کوانتومی تمرکز دارد.
- فصل ۵: از ابزارهای فصل قبل برای به دست آوردن اطلاعات درباره تبدیل‌های یکانی استفاده می‌کند. بخش بزرگی از فصل ۵ به مسئله تخمین فاز اختصاص دارد، که یکی از ابزارهای مهم در جعبه‌ابزار محاسبات کوانتومی است.
بخش سوم: حل مسائل کلاسیک با الگوریتم‌های کوانتومی
بخش ۳ کتاب Quantum Programming in Depth فرآیند سرتاسری حل یک مسئله کلاسیک با استفاده از یک الگوریتم کوانتومی را پوشش می‌دهد:
- فصل ۶: نشان می‌دهد که چگونه توابع کلاسیک می‌توانند به عنوان بخشی از محاسبات کوانتومی نمایش داده شده و ارزیابی شوند – این اولین گام راه‌حل‌های کوانتومی برای بسیاری از مسائل کلاسیک است.
- فصل ۷: الگوریتم گروور را معرفی می‌کند، یکی از مشهورترین الگوریتم‌های کوانتومی برای حل مسائل جستجو.
- فصل ۸: یاد می‌گیرید که چگونه از الگوریتم جستجوی گروور برای حل مسائل واقعی استفاده کنید و گام‌های درگیر در آن را ببینید.
- فصل ۹: در نهایت، درباره عملکرد برنامه‌های کوانتومی و نحوه مقایسه راه‌حل‌های کوانتومی با کلاسیک بحث می‌کند تا مشخص شود آیا یک الگوریتم کوانتومی می‌تواند یک مزیت کوانتومی عملی برای یک مسئله خاص نشان دهد یا خیر.
ساختار هر فصل کتاب Quantum Programming in Depth و پروژه‌های تکمیلی
هر فصل به بخش‌هایی تقسیم شده است که بر حل یک کار خاص، یادگیری استفاده از یک ابزار خاص از جعبه‌ابزار توسعه، یا پیاده‌سازی یک بخش از پروژه بزرگ‌تر تمرکز دارند. هدف هر بخش این است که در نهایت به کد کارآمد در Qiskit و Q# دست پیدا کنید.
در پایان هر فصل کتاب Quantum Programming in Depth، یک بخش کوتاه با عنوان “گام فراتر” (Going Beyond) پیدا خواهید کرد که لیستی از ایده‌ها برای توسعه بیشتر پروژه آن فصل و پروژه‌های مشابهی را که می‌توانید به تنهایی انجام دهید، ارائه می‌دهد. شما را به امتحان آنها تشویق می‌کنم!
سرفصل‌های کتاب Quantum Programming in Depth:
- brief contents
- contents
- preface
- acknowledgments
- about this book
- Who should read this book
- How this book is organized: A roadmap
- About the code
- liveBook discussion forum
- Other online resources
- about the author
- about the cover illustration
- 1 Quantum computing: The hype and the promise
- Part 1 Building your own library
- 2 Preparing quantum states
- 3 Implementing quantum operations
- Part 2 Learning information about a quantum system
- 4 Analyzing quantum states
- 5 Analyzing quantum operations
- Part 3 Solving a classical problem using a quantum algorithm
- 6 Evaluating classical functions on a quantum computer
- 7 Grover’s search algorithm
- 8 Solving N queens puzzle using Grover’s algorithm
- 9 Evaluating the performance of quantum algorithms
- Appendix A Setting up your environment
- index
جهت دانلود کتاب Quantum Programming in Depth می‌توانید پس از پرداخت، دریافت کنید.
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.