Simülasyon vs. Gerçek Cihaz: Qiskit'te Quantum Backend'leri Kullanma Rehberi - 3

Kuantum hesaplamaya başlarken en kritik adımlardan biri, yazdığınız devreleri nerede çalıştıracağınızı bilmektir. Qiskit, hem simülasyon hem de gerçek kuantum cihazlarına erişim sağlayan esnek bir framework sunar. Bu yazıda, IBM Quantum Lab üzerinden bu backend'leri nasıl kullanacağınızı, simülasyon ile gerçek cihazlar arasındaki farkları örneklerle açıklayacağım.

1. Qiskit Backend Nedir?

Qiskit'te bir kuantum devresi tasarladığınızda, bu devreyi çalıştırmak için bir "backend" seçersiniz. Backend'ler iki kategoriye ayrılır:

1. Simülatörler: Klasik bilgisayarlarda kuantum davranışını taklit eder.
2. Gerçek Cihazlar: IBM'in fiziksel kuantum işlemcilerine (örneğin ibm_nairobi, ibm_kyoto) bağlanır.

2. Simülasyon ile Gerçek Cihaz Arasındaki Farklar

Özellik	Simülatör	Gerçek Cihaz
Hız:	Küçük devrelerde hızlı	Kuyruk nedeniyle yavaş
Doğruluk:	Mükemmel (gürültüsüz)	Gürültü ve hatalar mevcut
Kullanım Amacı:	Test ve debug	Gerçek dünya deneyimi
Qubit Sayısı	100+ qubit simüle edilebilir	Genellikle 5-1000 qubit (cihaza bağlı)
Maliyet:	Ücretsiz	IBM Quantum Credits gerekebilir

3. Simülatör Kullanımı (Örnek Kod)

Qiskit Aer kütüphanesi ile yerel simülasyon yapabilirsiniz, simülasyon üzerinde koşan açıklamalı bir kod örneğini ikinci makalemden inceleyebilirsiniz:

Kuantum Kapıları ve Qiskit'te Temel İşlemler: Hadamard'tan CNOT'a - 2

4. Gerçek Cihaz Kullanımı (IBM Quantum Lab)

Adım 1: IBM Quantum Lab’a giriş yapın ve API token’ınızı alın.

Adım 2: Qiskit’te hesabınızı yükleyin:

from qiskit import QuantumCircuit, transpile, QuantumRegister, ClassicalRegister  # QuantumRegister eklendi

from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService, Sampler

from qiskit.visualization import plot_histogram

# IBM Quantum hesabına bağlan

service = QiskitRuntimeService(channel="ibm_quantum", token="bb253074cfea8aab13ca797_XYZ")

# Kullanılabilir bir backend seç

backend = service.least_busy(operational=True, simulator=False)

print(f"Seçilen backend: {backend}"){codeBox}

Benim testleri yaptığım sırada boştaki backend:

Seçilen backend: <IBMBackend('ibm_kyiv')>

Şimdi bir hadamard kapısının gerçek bir quantum bilgisayar backendi üzerinde ne kadar doğru çalıştığına göz atacağız. Daha önceki yazılarımda anlattığım gibi hadamard kağısı bir qubiti süperpozisyona sokar ve 1 ila 0 olma olasılığını %50'ye eşitlemeye çalışır.

# Kuantum ve klasik register’ları açıkça tanımla

qr = QuantumRegister(1, 'q')  # 1 kubitlik kuantum register, adı 'q'

cr = ClassicalRegister(1, 'c0')  # 1 bitlik klasik register, adı 'c0'

circuit = QuantumCircuit(qr, cr)  # Devreye register’ları ekle

circuit.h(0)  # Hadamard kapısı ile süperpozisyon

circuit.measure(0, 0)  # 0. kubit’i c0’a ölç

# Devreyi backend’in ISA’sına uygun hale getir (transpile)

isa_circuit = transpile(circuit, backend=backend)

# Transpile edilmiş devreyi çiz (isteğe bağlı)

isa_circuit.draw(output='mpl')

# Sampler’ı oluştur

sampler = Sampler(mode=backend)

# Transpile edilmiş devreyi liste içinde çalıştır

job = sampler.run([isa_circuit], shots=1024)

# Sonuçları al

result = job.result()

quasi_dist = result[0].data.c0.get_counts()  # 'c0' artık tanımlı

# Sonuçları histogram olarak görselleştir

plot_histogram(quasi_dist){codeBox}

Çıktı: 

Bundan sonraki yazılarımda Python kernellerini de paylaşacağım. İlgili kerneli indirmek için:

{getButton} $text={Gerçek quantum bilgisayarda hadamard kapısı test kerneli} $icon={download} $color={Hex Color}

Sonuç olarak 536 kez 0 ve 488 kez 1 olmuş oldu. Quantum bilgisayarlarında hâlâ  çok fazla hata payı olduğunu gerçek bir quantum bilgisayar üzerinde test etmiş olduk. {alertSuccess}