Programming Gate-based Hardware Quantum Computers for Music

Abstract

There have been significant attempts previously to use the equations of quantum mechanics for generating sound, and to sonify simulated quantum processes. For new forms of computation to be utilized in computer music, eventually hardware must be utilized. This has rarely happened with quantum computer music. One reason for this is that it is currently not easy to get access to such hardware. A second is that the hardware available requires some understanding of quantum computing theory. Tis paper moves forward the process by utilizing two hardware quantum computation systems: IBMQASM v1.1 and a D-Wave 2X. It also introduces the ideas behind the gate-based IBM system, in a way hopefully more accessible to computerliterate readers. Tis is a presentation of the frst hybrid quantum computer algorithm, involving two hardware machines. Although neither of these algorithms explicitly utilize the promised quantum speed-ups, they are a vitalfrst step in introducing QC to the musical feld. Te article also introduces some key quantum computer algorithms and discusses their possible future contribution to computer music.

Досад су забележени значајни покушаји да се једначине квантне механике користе за генерисање звука и да се озвуче симулирани квантни процеси. Али, за нове облике рачунања који би се користили у компјутерској музици, мора се употребити одговарајући хардвер. Ово се досад ретко дешавало са квантном компјутерском музиком, најпре зато што такав хардвер није широко доступан. Други разлог јесте околност да овакав хардвер захтева извесно познавање теорије квантног рачунарства. Овим чланком померамо овај процес унапред помоћу два хардверска квантна рачунарска система: IBMQASM v1.1 и D-Wave 2X. Такође уводимо неке идеје из IBM-овог система заснованог на логичким колима, на начин доступан рачунарски писменим читаоцима. Ово је презентација првог хибридног квантног компјутерског алгоритма, који укључује две хардверске машине. Иако ниједан од ових алгоритама експлицитно не користи обећана квантна убрзања, они представљају виталан први корак у увођењу квантног рачунарства у поље музике. Чланак започињемо кратким прегледом квантног рачунарства и указујемо како се оно може применити на подручју уметности. Следи истраживање претходних пројеката у којима су коришћени стварни или симулирани квантни процеси у музичким делима или извођењима. У следећем одељку се говори о најпознатијој врсти квантних рачунара, заснованих на логичким колима, и описује се хардвер једног од мањих квантних рачунара компаније IBM. Следи кратак увод у теорију квантног рачунарства; ове идеје су потом пројектоване на језик који користе IBM рачунари: IBMQASM. Следећи одељак доноси кратак преглед друге врсте квантног рачунара који се користи: D-Wave. Детаљнији описи мог алгоритма доступни су у другим чланцима на које се позивам. На крају је описан qGen: IBM генерише мелодију, а D-Wave је хармонизује. Фокус је на мелодијском алгоритму, пошто је алгоритам D-Wave описан у поглављу из књиге на коју реферирам. Развијен је “најједноставнији могући“ мелодијски алгоритам, уз који је приложен и одговарајући пример.