Simulateur de circuits quantiques Quirk : guide pour les développeurs

Quirk : Un simulateur de circuits quantiques en ligne pour apprendre les bases

Quirk est un outil web pour simuler des circuits quantiques en temps réel. Développé par Craig Gidney de Google pour le prototypage rapide et la visualisation des opérations quantiques. Le simulateur met à jour l'état du circuit toutes les 0,1 seconde sans déclenchement manuel, accélérant les expériences par 100 fois par rapport au JavaScript pur.

Adapté aux développeurs de niveau intermédiaire et senior apprenant l'informatique quantique : tester des hypothèses, déboguer de petits circuits jusqu'à 16 qubits, démontrer des algorithmes sans installer de logiciel.

Interface et navigation

Le menu principal comprend la documentation, des vidéos, le code source et des exemples de circuits. L'espace de travail est divisé en panneaux :

• Haut : Portes de base, sondes, affichages.
• Bas : Portes avancées, arithmétique.
• Champ central : Glisser-déposer des portes.

À gauche des qubits se trouvent des indicateurs d'état (|0⟩, |1⟩, |+⟩, |-⟩, |i⟩, |-i⟩). Supprimez une porte en la faisant glisser à l'extérieur. L'URL encode le circuit pour la sauvegarde.

Codage couleur :

• Blanc : Portes statiques.
• Jaune : Animées (rotation en temps réel).
• Gris : Multi-qubits.
• Vert/bleu : Affichages (Amps montre les amplitudes complexes).

Survoler un élément révèle sa matrice et ses axes de rotation.

Groupes de portes et d'éléments

Sondes et affichages

Les sondes extraient des informations sans altérer l'état, utiles pour le débogage. Les affichages montrent les amplitudes et probabilités à tout point du circuit.

Rotations et opérations de base

• Demi-tours : X/Y/Z à 180°, H (superposition), Swap.
• Quarts de tour : √X/√Y/√Z (90°), S (√Z).
• Huitièmes de tour : T (45°), racines fractionnaires.

Rotation continue : Rotation continue, angle défini par glissement.

Formules : Formules avec t, x, y (par ex., sin(t)).

Paramétrées : Variable A pour les angles, dépendante des entrées.

Groupes avancés

• Échantillonnage : Mesures probabilistes sans branchement, recalculées au clic.
• Parité : Contrôle de la parité pour un groupe de qubits.
• Sondes X/Y : Mesures dans les bases X/Y.
• Ordre : Inversion de l'ordre des qubits pour l'arithmétique.
• Fréquence : QFT, gradients pour l'ajustement de phase.

D'autres incluent l'arithmétique sur les registres quantiques (addition, multiplication).

Exemples de circuits intégrés

Quirk inclut des circuits de démonstration pour des algorithmes clés :

• Recherche de Grover : Recherche en O(√N), les itérations augmentent la probabilité.
• Recherche de période de Shor : Période B^r ≡ 1 mod R, pics après QFT.
• Test d'inégalité de Bell : Violation du réalisme local via l'intrication.
• Téléportation quantique : Transfert d'état par intrication.
• Codage superdense : 2 bits classiques dans 1 qubit + paire.
• Effaceur à choix retardé : Effacement rétroactif du chemin, interférence par choix.

| Circuit | Effet clé | Qubits |

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

| Grover | Probabilité croissante | 3-5 |

| Shor | Pics à 1/r | 8+ |

| Bell | Corrélations > classiques | 4 |

| Téléportation | Transfert sans copie | 3 |

| Superdense | Décodage à 100% | 2 |

| Effaceur | Interférence a posteriori | 4 |

Limitations et applications

Maximum 16 qubits—pour prototypes, pas pour production. Pas de portes personnalisées via l'interface, statistiques de détecteur, ou optimisation mobile. Les portes cachées sont accessibles via l'URL.

Avantages pour les développeurs :

• Pas d'inscription, réponse instantanée.
• Visualisation en temps réel de l'état.
• Open source (Apache 2.0).

Idéal pour une compréhension intuitive : superposition, intrication, QFT sans code.

Points clés

• Simulation en temps réel (0,1s/image) accélère les itérations.
• Les affichages montrent les états à l'intérieur du circuit, pas seulement en sortie.
• Prise en charge des formules/paramètres pour des portes dynamiques.
• Exemples intégrés d'algorithmes clés (Grover, Shor).
• Limite de 16 qubits—concentré sur l'apprentissage, pas la mise à l'échelle.

— Editorial Team