Inicie sua jornada em computação quântica com Qiskit

Como começar a programar com Qiskit e simuladores locais

A computação quântica está transformando o cenário da tecnologia, abrindo portas para soluções inovadoras em áreas como medicina, otimização e criptografia. Se você é como eu e está ansioso para mergulhar nesse universo fascinante, mas se sente um pouco intimidado, este post é para você!

Uma das maiores barreiras de entrada para a computação quântica é a crença de que você precisa de acesso imediato a um computador quântico real. A boa notícia é: você não precisa! Com o Qiskit, a biblioteca de código aberto da IBM, e um simulador local, você pode começar a programar circuitos quânticos hoje mesmo, sem sair do seu computador.

Por que começar com um simulador local?

Antes de falarmos sobre como configurar seu ambiente, vamos entender por que um simulador local é o ponto de partida ideal para sua jornada quântica:

• Velocidade: Simuladores locais são incrivelmente rápidos em comparação com a execução em hardware quântico real. Isso permite que você itere rapidamente, experimente diferentes ideias e depure seu código de forma eficiente.
• Acessibilidade: Você não precisa de uma conta na IBM Quantum Experience nem se preocupar com filas de espera para acessar um computador quântico. Tudo o que você precisa está ao seu alcance, no seu próprio computador.
• Depuração Simplificada: Encontrar e corrigir erros em seus programas quânticos é muito mais fácil em um ambiente local, onde você tem controle total sobre o processo de execução.
• Custo Zero: O Qiskit e os simuladores são totalmente gratuitos, permitindo que você explore a computação quântica sem gastar um centavo.

Mão na massa!

Instalando e configurando o Qiskit com um simulador local:

Agora que você está convencido, vamos ao passo a passo para configurar seu ambiente de desenvolvimento:

Pré-requisitos:

Certifique-se de ter o Python instalado (versão 3.7 ou superior é recomendada). Se você ainda não tem, baixe a versão mais recente em https://www.python.org/downloads/.

Instalação do Qiskit:

Abra seu terminal (ou prompt de comando) e use o pip (o gerenciador de pacotes do Python) para instalar o Qiskit:

pip install qiskit

Essa instalação básica do Qiskit já inclui a capacidade de usar simuladores locais!

Instalação do Qiskit Aer (Opcional, mas recomendado):

Para um simulador de alto desempenho, instale o Qiskit Aer:

pip install qiskit-aer

Testando sua instalação:

Para ter certeza de que tudo está funcionando corretamente, execute o seguinte código em um arquivo Python (por exemplo, teste_qiskit.py):

from qiskit import QuantumCircuit, transpile 
from qiskit_aer import AerSimulator 
from qiskit.visualization import plot_histogram
import matplotlib.pyplot as plt
# Crie um circuito quântico simples 
circuito = QuantumCircuit(2, 2) 
circuito.h(0) 
circuito.cx(0, 1) 
circuito.measure([0, 1], [0, 1]) 
# Escolha o simulador Aer 
simulador = AerSimulator() 
# Transpile o circuito para o simulador 
circuito_compilado = transpile(circuito, simulador) 
# Execute o circuito
jobs = simulador.run(circuito_compilado, shots=1024) 
# Obtenha os resultados 
resultados = jobs.result() 
contagens = resultados.get_counts(circuito) 
# Imprima os resultados 
print("\nResultados do teste:") 
print(contagens) 
# Visualize os resultados (opcional) 
plot_histogram(contagens)
plt.show()

Execute o arquivo no seu terminal:

python teste_qiskit.py

Se tudo estiver configurado corretamente, você verá os resultados da simulação impressos no terminal e, opcionalmente, um histograma mostrando a distribuição dos resultados.

Desvendando o código

Uma explicação passo a passo

Vamos analisar o código de teste para entender o que está acontecendo:

• QuantumCircuit(2, 2): Cria um circuito quântico com 2 qubits e 2 bits clássicos para armazenar os resultados das medições.
• circuito.h(0): Aplica uma porta Hadamard (H) no qubit 0, colocando-o em um estado de superposição.
• circuito.cx(0, 1): Aplica uma porta CNOT (CX) entre o qubit 0 (controle) e o qubit 1 (alvo), criando um estado de entrelaçamento entre os qubits.
• circuito.measure([0, 1], [0, 1]): Mede os qubits 0 e 1 e armazena os resultados nos bits clássicos correspondentes.
• AerSimulator(): Cria uma instância do simulador Aer, que será usado para executar o circuito.
• transpile(circuito, simulador): O Qiskit transpila o circuito para otimizar sua execução no simulador escolhido. Essa etapa é crucial para garantir que o circuito seja executado de forma eficiente no hardware (ou simulador) de destino.
• simulador.run(circuito_compilado, shots=1024): Executa o circuito 1024 vezes (o número de “shots” determina quantas vezes o circuito é executado para obter resultados estatisticamente significativos).
• resultados.get_counts(circuito): Obtém as contagens de cada resultado possível (00, 01, 10, 11) após as medições.
• plot_histogram(contagens): Plota um histograma dos resultados, facilitando a visualização da distribuição das probabilidades.

Próximos passos

Explorando o universo Qiskit

Agora que você tem o Qiskit instalado e funcionando com um simulador local, o céu é o limite! Aqui estão algumas sugestões para continuar sua jornada:

• Qiskit textbook: Comece pelo Qiskit Textbook, um recurso online gratuito e interativo que cobre os fundamentos da computação quântica e do Qiskit.
• Tutoriais e exemplos: Explore os tutoriais e exemplos disponíveis na documentação do Qiskit (https://qiskit.org/documentation/).
• Hands-on: Tente implementar algoritmos quânticos simples, como o algoritmo de Deutsch-Jozsa ou o algoritmo de Grover.
• Comunidade Qiskit: Junte-se à comunidade Qiskit no Slack (https://qiskit.slack.com/) para fazer perguntas, compartilhar seus projetos e aprender com outros entusiastas.
• IBM Quantum Experience: Quando estiver pronto, explore a IBM Quantum Experience para executar seus programas em hardware quântico real e experimentar diferentes arquiteturas.

A computação quântica está ao seu alcance!

A computação quântica pode parecer um campo complexo e distante, mas com as ferramentas e recursos certos, como o Qiskit e os simuladores locais, ela se torna acessível a todos.

Para aprender mais sobre os conceitos básicos e estruturas de dados da computação quântica, de forma bem didática e acessível, clica nesse outro post que tem um resumo para iniciantes: Introdução aos conceitos básicos da Computação Quântica

Não importa seu nível de experiência em programação ou física, você pode começar a aprender e experimentar hoje mesmo.