Quirk simulátor kvantových obvodů: průvodce pro vývojáře

Quirk: webový simulátor kvantových obvodů pro vývojáře

Quirk je webový nástroj pro simulaci kvantových obvodů v reálném čase. Vyvinul ho Craig Gidney z Googlu pro rychlé prototypování a vizualizaci kvantových operací. Simulátor aktualizuje stav obvodu každých 0,1 sekundy bez ručního spuštění, což zrychluje experimenty 100krát ve srovnání s čistým JavaScriptem.

Hodí se pro středně pokročilé a seniorní vývojáře, kteří se učí kvantové výpočty: ověřování hypotéz, ladění malých obvodů do 16 qubitů, demonstrace algoritmů bez instalace softwaru.

Rozhraní a navigace

Hlavní nabídka obsahuje dokumentaci, videa, zdrojový kód a příklady obvodů. Pracovní plocha se dělí na panely:

• Horní: základní hradla, sondy, displeje.
• Dolní: pokročilá hradla, aritmetika.
• Centrální pole: přetahování hradel.

Vlevo od qubitů jsou indikátory stavu (|0⟩, |1⟩, |+⟩, |-⟩, |i⟩, |-i⟩). Odstranění hradla – přetažením mimo oblast. URL kóduje obvod pro uložení.

Barevné označení:

• Bílá: statická hradla.
• Žlutá: animovaná (rotace v reálném čase).
• Šedá: vícequbitová.
• Zelená/modrá: displeje (Amps ukazuje komplexní amplitudy).

Najetí na prvek odhalí matici a osy rotace.

Skupiny hradel a prvků

Sondy a displeje

Sondy (Probes) získávají informace bez změny stavu, užitečné pro ladění. Displeje ukazují amplitudy, pravděpodobnosti v libovolném bodě obvodu.

Rotace a základní operace

• Half turns: X/Y/Z o 180°, H (superpozice), Swap.
• Quarter turns: √X/√Y/√Z (90°), S (√Z).
• Eighth turns: T (45°), zlomkové odmocniny.

Spinning: plynulá rotace, úhel podle přetažení.

Formulaic: vzorce s t, x, y (např. sin(t)).

Parametrized: proměnná A pro úhly, závisí na vstupech.

Pokročilé skupiny

• Sampling: pravděpodobnostní měření bez větvení, přepočet po kliknutí.
• Parity: kontrola parity skupiny qubitů.
• X/Y Probes: měření v bázích X/Y.
• Order: inverze pořadí qubitů pro aritmetiku.
• Frequency: QFT, gradienty pro fázové ladění.

Ostatní – aritmetika na kvantových registrech (sčítání, násobení).

Příklady vestavěných obvodů

Quirk obsahuje demonstrační obvody pro klíčové algoritmy:

• Grover Search: hledání v O(√N), iterace zvyšují pravděpodobnost.
• Shor Period Finding: perioda B^r ≡ 1 mod R, vrcholy po QFT.
• Bell Inequality Test: porušení lokálního realismu provázáním.
• Quantum Teleportation: přenos stavu přes entanglement.
• Superdense Coding: 2 klasické bity v 1 qubitu + pár.
• Delayed Choice Eraser: retrospektivní vymazání cesty, interference podle volby.

| Obvod | Klíčový efekt | Qubity |

|-------|-----------------|--------|

| Grover | Pravděpodobnost roste | 3-5 |

| Shor | Vrcholy 1/r | 8+ |

| Bell | Korelace > klasika | 4 |

| Teleport | Přenos bez kopie | 3 |

| Superdense | 100% dekódování | 2 |

| Eraser | Interference dodatečně | 4 |

Omezení a použití

Maximum 16 qubitů – pro prototypy, ne pro produkci. Nejsou uživatelská hradla přes UI, statistiky detektorů, mobilní optimalizace. Skrytá hradla – přes URL.

Výhody pro vývojáře:

• Žádná registrace, okamžitá odezva.
• Vizualizace stavů v reálném čase.
• Otevřený kód (Apache 2.0).

Ideální pro intuitivní pochopení: superpozice, provázání, QFT bez kódu.

Co je důležité

• Reálná simulace (0,1s/snímek) zrychluje iterace.
• Displeje ukazují stavy uvnitř obvodu, nejen výstup.
• Podpora vzorců/parametrů pro dynamická hradla.
• Vestavěné příklady klíčových algoritmů (Grover, Shor).
• Limit 16 qubitů – zaměření na učení, ne na škálování.

— Editorial Team