Özelleştirilebilir ve genişletilebilir olan Intel Quantum SDK, Intel yazılımları ve donanımlarının ortak tasarımını mümkün kılıyor.
Eylül 2022’de Intel Quantum Yazılım Geliştirme Kiti’nin (SDK) beta sürümünü piyasaya süren Intel, kitin 1.0 sürümünü piyasaya sürdü. SDK, Intel’in Horse Ridge II kontrol yongası ve bu yıl piyasaya sürülecek olan Intel’in kuantum spin kübit yongası da dahil olmak üzere Intel’in kuantum donanımlarıyla da arayüz oluşturabilen, simülasyonda tam bir kuantum bilgisayarıdır. Geliştiricilerin simülasyonda kuantum algoritmaları programlamasına da olanak tanıyan kitte, endüstri standardı düşük seviyeli sanal makine (LLVM) derleyici araç zinciri kullanılarak C++ dilinde yazılmış sezgisel bir programlama arayüzü bulunuyor. Sonuç olarak Intel’in SDK’sı, C/C++ ve Python uygulamalarıyla sorunsuz bir arayüz sunuyor ve dolayısıyla daha özelleştirilebilir ve çok yönlü hâle geliyor.
Intel Laboratuvarları Kuantum Uygulamaları ve Mimarisi Direktörü Anne Matsuura; “Intel Quantum SDK, gelecekteki büyük ölçekli ticari kuantum bilgisayarlara hazırlanmalarında programcılara yardımcı oluyor. Geliştiricilerin simülasyonda kuantum algoritmalarını ve uygulamalarını nasıl oluşturacaklarını öğrenmelerine yardımcı olmanın yanı sıra, uygulamaların geliştirilmesini hızlandıracak bir geliştirici topluluğu oluşturarak endüstriyi ilerletecek. Geliştiriciler, böylece Intel’in kuantum donanımları kullanıma sunulduğunda hazır olacaklar.” dedi.
Intel Quantum SDK 1.0
C++ tabanlı sezgisel bir programlama arayüzü içeren SDK’nın 1.0 sürümü, klasik bilgisayar geliştiricilerinin aşina olduğu bir programlama dili sağlayarak onlarla kuantum geliştiricileri arasındaki işbirliğine olanak tanıyor. Kitte ayrıca hibrit kuantum-klasik algoritmaların yürütülmesi için optimize edilmiş bir kuantum çalışma zamanı ortamı da bulunuyor. Geliştiriciler, ya daha fazla sayıda jenerik kübit ya da Intel donanımlarını temsil edecek kübitleri simüle etmek için iki hedef arka uç seçeneğine sahipler.
Birinci arka uç, yüksek performanslı açık kaynaklı jenerik kübit simülatörü olan Intel Quantum Simulator (IQS). IQS’in tek bir düğümde 32 kübit ve birden fazla düğümde 40’tan fazla kübit kapasitesine sahip bir arka ucu bulunuyor. İkincisi ise, Intel kuantum nokta kübit donanımı simüle eden ve Intel silikon spin kübitlerin kompakt model simülasyonunu sağlayan bir hedef arka uç. Intel’in kübitleri, büyük ölçekli bir kuantum bilgisayarı oluşturmak için şirketin silikon transistör üretimindeki uzmanlığından yararlanıyor.
SDK sayesinde kullanıcılar, algoritmaları kübitler üzerinde verimli ve doğru bir şekilde çalıştırmak için kuantum bilgisayarın sistem mimarisinde hangi işlevlere ihtiyaç duyulduğunu belirlemek üzere küçük iş yükleri geliştirebilirler. Buna ilave olarak Intel, kuantum donanımları ve yazılımlarını birlikte tasarlamak ve sistem geliştirmeyi hızlandırmak için SDK’yı dahili olarak kullanıyor.
SDK, kuantum uygulamaları geliştirirken daha fazla esneklik sağlayan özelleştirilebilir ve genişletilebilir bir platformdur. Kullanıcıların klasik bilgisayar geliştirmede standart bir özellik olan derleyici dosyalarını karşılaştırarak bir algoritmanın derleyicide ne kadar iyi optimize edildiğini görmelerini de sağlar. Kullanıcıların kaynak kodu görmelerine ve daha düşük soyutlama seviyeleri elde etmelerine olanak tanıyarak onlara bir sistemin verileri nasıl depoladığına ilişkin içgörü sağlar.
Ek özellikleri arasında şunlar yer alıyor:
• Tanıdık kalıplarda kodlama: Intel, endüstri standardı LLVM’yi kuantum uzantılarıyla genişletti ve kuantum bilişim için modifiye edilmiş bir kuantum çalışma zamanı ortamı geliştirdi ve IQS, üniversal bir kuantum bilgisayarın durum vektörü simülasyonunu sağlıyor.
• Hibrit klasik-kuantum iş akışlarının verimli bir şekilde yürütülmesi: Derleyici uzantıları, geliştiricilerin kuantum algoritmalarından elde edilen sonuçları C++ projelerine entegre edebilmelerine olanak tanıyarak kuantum yaklaşık optimizasyon algoritması (QAOA) ve kuantum varyasyon eigen çözücü (VQE) gibi hibrit kuantum klasik algoritmaları için gereken geri bildirim döngülerine kapı açıyor.
• Yüksek performanslı simülasyon: Intel DevCloud kullanıcıları, tek bir hesaplama düğümünde 32 kübite kadar ve birden fazla düğümde 40’tan fazla kübite sahip uygulamaları ve algoritmaları simüle edebilen yürütülebilir dosyalar oluşturabilir.
Intel Kuantum Ekosistemi Nasıl Kuruyor
Kuantum bilişim alanını ilerletme kararlılığını koruyan Intel, bir geliştirici topluluğu oluşturmak için çalışıyor. Bu çabanın başlangıç noktası olarak Intel, başka üniversitelerle paylaşmak ve akademide kullanımını yaygınlaştırmak üzere kuantum ders müfredatlarını geliştirmek için beş üniversiteye hibe sağladı. Bu üniversiteler; The University of Pennsylvania, Technische Hochschule Deggendorf, Keio University, The Ohio State University ve The Pennsylvania State University.
Almanya’nın Münih kentinde bulunan Deggendorf Institute of Technology (Deggendorf Teknoloji Enstitüsü), aerodinamik ve hidrodinamik için önemli olan bir akışkan dinamiği problemini araştırmak için SDK’yı kullanıyor. Intel Ocak 2023’te, Deggendorf Institute of Technology’de Intel Quantum Computing Challenge’ı düzenledi. Katılımcılar, Intel Quantum SDK’nın beta sürümünü kullanarak görüntüde gürültü giderme, gerçekçi görüntü oluşturma ve yapılandırılmamış arama problemlerini çözme gibi kuantum kullanım durumlarını araştırdı. Başka bir beta kullanıcısı olan Leidos; kuantum makine öğrenmesi, malzeme simülasyonu ile kuantum ışınlanma, kara delikler ve solucan delikleri gibi astrofizik problemlerini içeren çeşitli uygulamaları araştırıyor.
Beta test kullanıcılarının bazıları şunları belirtti:
University of Pennsylvania, Bilgisayar ve Bilgi Bilimleri Bölümü’nde Yardımcı Doçent olan Gushu Li, “Intel Quantum SDK’yı başlatmak çok kolay ve her şey bulutta olduğu için tek ihtiyacım olan güvenli bir kabuk istemcisi. Simülatör, yazdığım çekirdekleri analiz edebilmem ve hatalarını ayıklayabilmem için çok ayrıntılı raporlar üretecek” diyor.
Almanya’daki Deggendorf Institute of Technology’de yüksek lisans öğrencisi olan Yaknan Gambo, “Intel Quantum SDK, kuantum geliştirme alanında oyunun kurallarını değiştiriyor çünkü geliştiricinin daha iyi kaynak kullanımı için donanıma daha yakın bir seviyede çalışmasına olanak tanıyor” diye belirtiyor.
Penn State University Bilgisayar Mühendisliği Bölümü’nde öğrenci olan Jeremie Pope ise, “Intel’in Kuantum SDK’sı, C bilgimi kuantum alanına uygulamam için benzersiz bir yol sundu. Kuantum programlamayı klasik bir dilmiş gibi benimsememe yardımcı oldu” diyor.
“Leidos, yazılım geliştirme ve karşılaştırmalı analiz için donanımdan bağımsız simülasyonlarının çok yönlülüğünden yararlandı” diye belirten Leidos İnovasyon Merkezi Kuantum Teknolojisi Lideri ve araştırma bilimcisi Elizabeth Iwasawa ise, şöyle ekliyor: “Beta sürümüyle dahi, malzeme modelleme ve kuantum makine öğrenmesinden termo alan çift durumlarına yönelik teorik araştırmalara kadar çok çeşitli araştırma konularını keşfettik.”
Sırada Ne Var?
Intel Quantum SDK 1.0, şu anda Intel Developer’s Cloud’da kullanılabiliyor. Intel, ileride SDK’nın ek özelliklere sahip ek sürümlerini piyasaya sürmeyi planlıyor ve ayrıca SDK’yı Intel’in kuantum donanımlarına da sorunsuz bir şekilde entegre edecek. Intel’in kuantum bilişime yönelik benzersiz yaklaşımı hakkında ayrıntılı bilgi edinmek için Intel’in kuantum bilişim bilgi notunu okuyabilirsiniz.
