KREQC: Kompyuta ya Quantum iliyozungushwa ya Kentucky: Hatua 9

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:51

Tunauita "kijito" - kimeandikwa KREQC: Kompyuta ya Quantum ya Kuiga inayozungushwa ya Kentucky. Ndio, hii inayoweza kufundishwa itakuonyesha jinsi ya kutengeneza kompyuta yako ya kazi inayofanya kazi kwa uaminifu kwa joto la kawaida na wakati wa chini wa mzunguko wa sekunde 1/2. Jumla ya gharama ya kujenga ni $ 50- $ 100.

Tofauti na kompyuta ya kiwango cha IBM Q iliyoonyeshwa kwenye picha ya pili, KREQC haitumii moja kwa moja hali ya fizikia ya quantum kutekeleza qubits zilizoshikwa kikamilifu. Kweli, nadhani tunaweza kusema kila kitu kinatumia fizikia ya quantum, lakini ni servos tu zinazodhibitiwa kwa kawaida ambazo zinatekeleza "hatua ya kijinga ya Einstein kwa mbali" huko KREQC. Kwa upande mwingine, servos hizo huruhusu KREQC kuiga tabia hiyo vizuri, na kufanya operesheni iwe rahisi kuona na kuelezea. Akizungumzia maelezo….

Hatua ya 1: Je! Kompyuta ya Quantum ni nini?

Kabla ya kutoa ufafanuzi wetu, hapa kuna kiunga cha maelezo mazuri kutoka kwa nyaraka za Uzoefu wa IBM Q. Sasa tutachukua risasi yetu….

Bila shaka, umesikia zaidi ya kidogo (pun iliyokusudiwa) juu ya jinsi qubits inavyowezesha uwezo wa ujasusi wa kichawi kwenye kompyuta za quantum. Wazo la kimsingi ni kwamba wakati kidogo inaweza kuwa 0 au 1, qubit inaweza kuwa 0, 1, au haijulikani. Kwa yenyewe, hiyo haionekani kuwa ya maana sana - na kwa qubit moja tu sio - lakini qubits nyingi zilizoshikwa zina mali muhimu sana ambayo maadili yao yasiyopunguzwa yanaweza kufunika wakati wote mchanganyiko wa maadili kidogo. Kwa mfano, bits 6 zinaweza kuwa na thamani yoyote kutoka 0 hadi 63 (i.e., 2 ^ 6), wakati qubits 6 zinaweza kuwa na dhamana isiyojulikana ambayo ni maadili yote kutoka 0 hadi 63 na uwezekano tofauti tofauti unaohusishwa na kila thamani inayowezekana. Thamani ya qubit ikisomwa, maadili yake na qubits zote zilizoshikwa nayo huamua, na thamani moja ikisomwa kwa kila qubit ikichaguliwa kwa nasibu kulingana na uwezekano; ikiwa thamani isiyojulikana ni 75% 42 na 25% 0, basi takriban mara 3 kati ya kila mara nne hesabu ya hesabu inafanywa, matokeo yatakuwa 42 na nyakati zingine itakuwa 0. Jambo kuu ni kwamba hesabu ya hesabu inatathmini maadili yote yanayowezekana na kurudisha moja (ya uwezekano wa kuwa nyingi) majibu halali, kujaribu maadili mengi wakati huo huo - na hiyo ndio sehemu ya kufurahisha. Itachukua mifumo 64 6-bit kufanya kile mfumo mmoja wa 6-qubit unaweza kufanya.

Kila moja ya qubits 6 ya KREQC iliyoshikwa kikamilifu inaweza kuwa na thamani ya kuzunguka ambayo ni 0, 1, au isiyojulikana. Thamani isiyo na kipimo isiyo na kipimo inawakilishwa na qubits zote ziko katika nafasi ya usawa. Kama hesabu ya hesabu inavyoendelea, uwezekano wa viwango tofauti hubadilika - uliowakilishwa katika KREQC na qubits ya mtu binafsi inayumba na kuchukua nafasi za takwimu zinazoonyesha uwezekano wa maadili. Mwishowe, hesabu ya hesabu imekomeshwa kwa kupima qubits zilizoshikwa, ambazo huporomosha thamani isiyojulikana katika mlolongo ulioamuliwa kikamilifu wa 0s na 1s. Kwenye video hapo juu, unaona KREQC ikitumia "jibu la swali kuu la maisha, ulimwengu, na kila kitu" - kwa maneno mengine, 42… ambayo kwa binary ni 101010, na 101 katika safu ya nyuma ya qubits na 010 katika mbele.

Kwa kweli, kuna shida kadhaa na kompyuta za idadi, na KREQC inawapata pia. Ya wazi ni kwamba tunataka mamilioni ya qubits, sio tu 6. Walakini, ni muhimu pia kutambua kuwa kompyuta za quantum zinatekeleza tu mantiki ya mchanganyiko - kinyume na kile wahandisi wa kompyuta tunakiita mashine ya serikali. Kimsingi, hiyo inamaanisha kuwa mashine ya quantum yenyewe haina uwezo kuliko mashine ya Turing au kompyuta ya kawaida. Katika kesi ya KREQC, tunatekeleza mashine za serikali kwa kudhibiti KREQC kwa kutumia kompyuta ya kawaida kutekeleza mlolongo wa hesabu za hesabu, moja kwa kila ziara ya serikali katika utekelezaji wa mashine ya serikali.

Kwa hivyo, wacha tujenge kompyuta ya kiwango cha joto la kawaida!

Hatua ya 2: Zana, Sehemu, na Vifaa

Hakuna mengi kwa KREQC, lakini utahitaji sehemu na zana. Wacha tuanze na zana:

• Ufikiaji wa printa ya daraja la watumiaji ya 3D. Inawezekana kutengeneza qubits za KREQC kwa kutumia mashine ya kusaga ya CNC na kuni, lakini ni rahisi sana na nadhifu kuzifanya kwa kutoa plastiki ya PLA. Sehemu kubwa iliyochapishwa na 3D ni 180x195x34mm, kwa hivyo mambo ni rahisi zaidi ikiwa printa ina kiasi kikubwa cha kutosha cha kuchapisha hiyo kwa kipande kimoja.
• Chuma cha kutengeneza. Kutumika kwa kulehemu sehemu za PLA.
• Vipuni vya waya au kitu kingine ambacho kinaweza kukata sehemu ndogo za plastiki zenye unene wa 1mm (pembe za servo).
• Kwa hiari, zana za kutengeneza mbao za kutengeneza msingi wa mbao ili kuweka qubits. Msingi hauhitajiki sana kwa sababu kila kitu kina standi iliyojengwa ambayo itaruhusu kebo ya kudhibiti kupitisha nyuma.

Huna haja ya sehemu nyingi au vifaa pia:

• PLA ya kutengeneza qubits. Ikiwa imechapishwa kwa kujaza 100%, bado itakuwa chini ya gramu 700 za PLA kwa kila qubit; kwa ujazo zaidi wa 25%, gramu 300 itakuwa makadirio bora. Kwa hivyo, qubiti 6 zinaweza kutengenezwa kwa kutumia kijiko cha 2kg moja tu, kwa gharama ya vifaa ya karibu $ 15.
• Servo moja ndogo ya SG90 kwa qubit. Hizi zinapatikana kwa urahisi chini ya $ 2 kila mmoja. Hakikisha kupata servos ndogo ambazo zinataja operesheni ya kuweka digrii 180 - hutaki zile za digrii 90 wala hautaki zile iliyoundwa kwa kuzunguka kwa kasi kwa kasi ya kutofautisha.
• Bodi ya mtawala wa servo. Kuna chaguo nyingi, pamoja na kutumia Arduino, lakini chaguo rahisi ni Pololu Micro Maestro 6-Channel USB Servo Mdhibiti ambayo inagharimu chini ya $ 20. Kuna matoleo mengine ambayo yanaweza kushughulikia vituo 12, 18, au 24.
• Kamba za ugani kwa SG90s inavyohitajika. Kamba kwenye SG90s hutofautiana kwa urefu kwa kiasi fulani, lakini utahitaji qubits kutenganishwa na kiwango cha chini cha inchi 6, kwa hivyo nyaya za ugani zitahitajika. Hizi ni chini ya $ 0.50 kila moja, kulingana na urefu.
• Usambazaji wa umeme wa 5V kwa Pololu na SG90s. Kwa kawaida, Pololu inaendeshwa kupitia unganisho la USB kwa kompyuta ndogo, lakini inaweza kuwa busara kuwa na umeme tofauti kwa servos. Nilitumia wati ya ukuta ya 5V 2.5A niliyokuwa nayo karibu, lakini mpya 3A zinaweza kununuliwa kwa chini ya $ 5.
• Kwa hiari, mkanda wenye pande mbili kushikilia vitu pamoja. Kanda ya VHB (High-High Bond) inafanya kazi vizuri kushikilia ganda la nje la kila qubit pamoja, ingawa kulehemu hufanya kazi vizuri zaidi ikiwa hauitaji kuiondoa.
• Kwa hiari, kuni na vifaa vya kumaliza kutengeneza msingi. Yetu ilitengenezwa kutoka kwa chakavu cha duka na inashikiliwa pamoja na viungo vya biskuti, na kanzu kadhaa za polyurethane wazi kama mwisho wa mwisho.

Yote yameambiwa, 6-qubit KREQC tuliyojenga iligharimu karibu $ 50 kwa vifaa.

Hatua ya 3: Sehemu zilizochapishwa na 3D: Sehemu ya ndani

Miundo yote iliyochapishwa ya 3D inapatikana bure kama Thing 3225678 huko Thingiverse. Nenda uchukue nakala yako sasa… tutasubiri….

Ah, kurudi hivi karibuni? Sawa. "Kidogo" halisi katika qubit ni sehemu rahisi ambayo imechapishwa vipande viwili kwa sababu ni rahisi kushughulikia kulehemu vipande viwili pamoja kuliko kutumia vifaa kuchapisha herufi zilizoinuliwa pande zote za sehemu moja.

Ninapendekeza kuchapisha hii kwa rangi ambayo inatofautiana na sehemu ya nje ya qubit - nyeusi, kwa mfano. Katika toleo letu, tulichapisha kilele cha juu cha 0.5mm kutoa tofauti, lakini hiyo ilihitaji kubadilisha filament. Ikiwa hautaki kufanya hivyo, unaweza kuchora tu nyuso zilizoinuliwa za "1" na "0." Sehemu hizi zote mbili huchapisha bila spans na kwa hivyo bila msaada. Tulitumia kujaza 25% na urefu wa extrusion 0.25mm.

Hatua ya 4: Sehemu zilizochapishwa na 3D: Sehemu ya nje

Sehemu ya nje ya kila qubit ni uchapishaji kidogo. Kwanza, vipande hivi ni kubwa na gorofa, kwa hivyo huinuliwa kutoka kwa kitanda chako cha kuchapisha. Mimi kawaida kuchapisha kwenye glasi moto, lakini hizi zinahitaji fimbo ya ziada ya uchapishaji kwenye mkanda wa rangi ya samawati moto ili kuepuka kupindana. Tena, kujaza 25% na urefu wa safu ya 0.25mm inapaswa kuwa zaidi ya kutosha.

Sehemu hizi pia zote zina spans. Cavity ambayo inashikilia servo ina span pande zote mbili na ni muhimu kwamba vipimo vya cavity hii kuwa sahihi - kwa hivyo inahitaji kuchapishwa kwa msaada. Kituo cha njia ya kebo iko tu upande wa nyuma mzito, na imejengwa ili kuzuia spans yoyote isipokuwa kidogo kidogo kwenye msingi. Ndani ya msingi kwenye vipande vyote viwili kitaalam ina muda usioungwa mkono kwa kona ya ndani ya msingi, lakini haijalishi ikiwa sehemu hiyo ya uchapishaji inauza kidogo, kwa hivyo hauitaji msaada hapo.

Tena, chaguo la rangi ambalo linatofautiana na sehemu za ndani litafanya "Q" ya qubits ionekane zaidi. Ingawa tulichapisha mbele na "AGGREGATE. ORG" na "UKY. EDU" katika sehemu nyeupe za PLA kwenye msingi wa rangi ya samawati ya PLA, unaweza kupata mwonekano wa chini wa kuwa na rangi ya mwili kuwa ya kupendeza zaidi. Tunashukuru kuwaacha hapo kuwakumbusha watazamaji ambapo muundo ulitoka, lakini hakuna haja ya kupigia kelele URL hizi.

Sehemu hizi zinapochapishwa, ondoa nyenzo yoyote ya msaada na uhakikishe kuwa servo inafaa na vipande viwili vilivyoshikiliwa pamoja. Ikiwa haitoshi, endelea kuchagua vifaa vya msaada. Ni sawa kabisa, lakini inapaswa kuruhusu nusu zote kusukuma pamoja. Ona kwamba hakuna miundo ya upatanisho kwa makusudi katika kuchapisha kwa sababu hata kupigwa kidogo kutawafanya wazuie mkutano.

Hatua ya 5: Unganisha Sehemu ya Ndani

Chukua sehemu mbili za ndani na uziweke nyuma-nyuma ili pivot yenye ncha upande wa kushoto wa mistari ya "1" juu na pivot yenye ncha kwenye "0." Unaweza kuwashikilia kwa muda pamoja na mkanda wenye pande mbili ikiwa inavyotakiwa, lakini ufunguo ni kutumia chuma moto cha kutengeneza ili kuziunganisha pamoja.

Inatosha kulehemu ambapo kingo zinakusanyika pamoja. Fanya hivi kwa kulehemu kwanza kwa kutumia chuma cha kutengenezea ili kuvuta PLA pamoja kwenye makali kati ya vipande viwili katika maeneo kadhaa. Baada ya sehemu hizo kushikamana pamoja, tumia chuma cha kutengeneza kuzunguka mshono ili kuunda weld ya kudumu. Vipande viwili vinapaswa kufanya sehemu iliyoonyeshwa kwenye picha hapo juu.

Unaweza kuangalia kifafa cha sehemu hii iliyo svetsade kwa kuiingiza kwenye sehemu ya nje ya nyuma. Utahitaji kuipindua kidogo ili kupata pivot yenye ncha kwenye upande ambao hauna cavity ya servo, lakini mara moja ndani, inapaswa kuzunguka kwa uhuru.

Hatua ya 6: Elekeza Servo na Weka Pembe

Ili hii ifanye kazi, tunahitaji kuwa na mawasiliano ya moja kwa moja inayojulikana kati ya udhibiti wa servo na nafasi ya kuzungusha ya servo. Kila servo ina upana wa kiwango cha chini na cha juu cha mapigo ambayo itajibu. Utahitaji kugundua hizo kwa nguvu kwa servos zako, kwa sababu tunategemea harakati kamili ya digrii 180 na wazalishaji tofauti hutengeneza SG90s zenye maadili tofauti (kwa kweli, zina ukubwa tofauti kidogo, lakini zinapaswa kuwa karibu kutosha fit ndani ya nafasi iliyoruhusiwa). Wacha tuite upana mfupi zaidi wa kunde "0" na mrefu zaidi "1".

Chukua moja ya pembe zilizokuja na servo yako na ukate mabawa kutoka kwa kutumia wakata waya au zana nyingine yoyote inayofaa - kama inavyoonekana kwenye picha hapo juu. Ustadi mzuri wa gia kwenye servo ni ngumu sana kuchapisha 3D, kwa hivyo sisi badala yake tutatumia kituo cha moja ya pembe za servo kwa hiyo. Weka pembe ya servo iliyopunguzwa kwenye moja ya servos. Sasa ingiza servo, iweke kwenye nafasi yake ya "1" na uiache katika nafasi hiyo.

Labda uligundua kuwa pivot isiyo na ncha ina cavity ya cylindrical ndani yake ambayo ni sawa na saizi ya kichwa cha gia kwenye servo yako - na kidogo kidogo kuliko kipenyo cha kituo chako cha pembe kilichopunguzwa. Chukua chuma cha kutengeneza moto na uizungushe kwa upole ndani ya shimo kwenye pivot na pia kuzunguka nje ya kituo cha pembe kilichopunguzwa; haujaribu kuyeyuka pia, lakini tu kuwafanya laini. Ifuatayo, ukishika servo, sukuma kituo cha pembe moja kwa moja kwenye shimo kwenye pivot na servo katika kile kinachopaswa kuwa nafasi ya "1" - na sehemu ya ndani ikionyesha "1" wakati servo imewekwa kama ingekuwa wakati kupumzika kwenye patiti kwenye sehemu ya nje ya nyuma.

Unapaswa kuona zizi la PLA juu yake kidogo wakati unasukuma pembe iliyokatwa, na kuunda unganisho thabiti sana kwa ile pembe. Wacha kifungo kiwe baridi kidogo kisha uvute servo. Pembe inapaswa sasa kushikamana na sehemu hiyo kwa kutosha ili servo iweze kuzunguka sehemu bila uhuru wa kucheza.

Hatua ya 7: Kusanya kila Qubit

Sasa uko tayari kujenga qubits. Weka sehemu ya nyuma ya nje kwenye uso tambarare (kwa mfano, jedwali) kama kwamba patiti ya servo inatazama juu na standi inaning'inia juu ya ukingo wa uso ili sehemu ya nje ya nyuma imekaa gorofa. Sasa chukua servo na sehemu ya ndani iliyounganishwa na pembe na uwaingize kwenye sehemu ya nje ya nyuma. Bonyeza kebo kutoka kwa servo hadi kwenye kituo chake.

Mara tu yote ambayo yameketi, weka sehemu ya nje ya mbele juu ya mkutano. Unganisha servo na uitumie wakati unashikilia mkutano pamoja kuhakikisha kuwa hakuna kinachofunga au kimepotoshwa. Sasa tumia mkanda wa VHB au tumia chuma cha kutengenezea kulehemu mbele na nyuma pamoja.

Rudia hatua hizi kwa kila qubit.

Hatua ya 8: Kuweka

Msingi mdogo wa kila qubit umekatwa nyuma ambayo itakuruhusu kuendesha kebo ya servo nje nyuma kuungana na mdhibiti wako, na msingi upana kwa kutosha kwa kila qubit kuwa sawa na yenyewe, kwa hivyo unaweza kuweka tu nyaya za ugani kwenye kila servo na kuziendesha kuenea kwenye meza au uso mwingine wa gorofa. Walakini, hiyo itaonyesha waya zinazowaunganisha….

Ninahisi kuwa kuona waya kunaharibu udanganyifu wa hatua za kijinga kwa mbali, kwa hivyo napendelea kuzificha waya kabisa. Ili kufanya hivyo, tunachohitaji tu ni jukwaa linalowekwa na shimo chini ya kila qubit ambayo ni kubwa ya kutosha kwa kiunganishi cha kebo ya servo kupita. Kwa kweli, tungependa kila qubit ibaki mahali imewekwa, kwa hivyo kuna mashimo matatu 1 / 4-20 yaliyopigwa kwenye msingi. Kusudi ni kutumia kituo cha kwanza, lakini zingine zinaweza kutumiwa kufanya mambo kuwa salama zaidi au ikiwa uzi wa kati utavuliwa kwa kuongezeka. Kwa hivyo, mmoja huchimba mashimo mawili yaliyowekwa kwa karibu kwenye msingi kwa kila qubit: moja kupitisha uzi wa 1 / 4-20, na nyingine kupitisha kontakt cable ya servo.

Kwa kuwa 3/4 "kuni ni ya kawaida, labda utataka kuitumia kwa juu ya msingi - kama nilivyofanya. Katika kesi hiyo, utahitaji screw 1 / 4-20 au bolt takriban 1.25" ndefu. Unaweza kuzinunua katika duka lolote la vifaa kwa gharama ya karibu $ 1 kwa sita. Vinginevyo, unaweza kuzichapisha kwa 3D… lakini ninapendekeza kuzichapisha moja kwa moja ikiwa utazichapisha kwa sababu hiyo hupunguza kasoro kwenye uzi mzuri wa screw.

Kwa wazi, vipimo vya mlima sio muhimu, lakini vitaamua urefu wa nyaya za ugani utazohitaji. KREQC ilifanywa kama safu mbili za qubits tatu haswa ili mlima utoshe katika sanduku la kubeba, na ndivyo tulivyoileta kwenye maonyesho yetu ya utafiti ya IEEE / ACM SC18.

Hatua ya 9: Chapa

Kama hatua ya mwisho, usisahau kuweka alama kwenye kompyuta yako ya quantum!

Tulichapisha 3D -mbamba yenye jina nyeusi kwenye dhahabu, ambayo baadaye iliwekwa mbele ya mbao ya msingi. Jisikie huru kuweka lebo yako kwa njia zingine, kama uchapishaji wa 2D wa picha ya jalada la PDF iliyoambatishwa na laser au printa ya inkjet. Pia haitaumiza kuorodhesha kila qubit na msimamo wake, haswa ikiwa unapata ubunifu zaidi juu ya jinsi ya kupanga qubits kwenye msingi.

Unaweza pia kufurahiya kupeana vitufe vya qubit vilivyochapishwa kwa 3D; hawajasongamana wala hawaendeshwi kwa motokaa, lakini huzunguka kwa uhuru wakati unapowapulizia na kufanya ukumbusho mzuri wa kurudi nyumbani wa onyesho la KREQC.