Quanta SDK — Mimari (v1.2.0-production)
Genel Bakış
Quanta SDK, 2026 yılı kuantum bilişim standartlarında tasarlanmış, 5 Temel Bilimsel Paradigma üzerine inşa edilmiş modüler ve bağımsız bir kuantum yazılım mimarisidir. Sistem, sıfır harici C++/LLVM derleme bağımlılığı ile saf Python/NumPy çekirdeğini Apple Silicon Metal GPU hızlandırması, sürekli Hilbert uzayı türevleri ve 2026 çift-kanallı hata toleransı (FTQC) ile birleştirir.
Katman Mimarisi
+---------------------------------------------------------------------------------+
| KATMAN 4: AJAN & MCP ORKESTRASYONU |
| 23 Model Context Protocol (MCP) Aracı | Claude, Gemini, GPT Otonom Kuantum Ajanı|
| "Kuantum iş akışlarını doğal dil ve otonom döngülerle yönetme" |
+---------------------------------------------------------------------------------+
| KATMAN 3: DERİN ÖĞRENME & DEKLARATİF BİLİŞSEL API |
| quanta.torch: QuantumLayer | Daleckii-Krein Autograd | Lie Cebiri Barren Analizi|
| BiomorphicResonantBrain | SWR Replay | ContinuousResonator (Schrödinger Akışı) |
| search() | optimize() | vqe() | factor() | portfolio_optimize() | resolve() |
| "Ne çözülecek?" -- kapı sentezi gerekmeden doğrudan algoritmik çözüm |
+---------------------------------------------------------------------------------+
| KATMAN 2: ALGORİTMİK DEVRE DSL |
| @circuit | 31 Yerleşik Kapı (IBM Heron, Google Sycamore, IonQ yerel paritesi) |
| Parametrik Rotasyonlar (RX, RY, RZ, P, U) | measure() | sweep() | equivalence |
| "Devre nasıl kurgulanacak?" |
+---------------------------------------------------------------------------------+
| KATMAN 1: 2026 ÇİFT-KANAL HATA TOLERANSI (FTQC MOTORU) |
| Track A: Edmonds Blossom MWPM | Willow Uyumlu 3D Uzay-Zaman Sendrom Döngüleri |
| Track B: Gross [[144, 12, 12]] qLDPC | Yerel Normalized Min-Sum BP-OSD-0 |
| Non-Clifford: 15-to-1 Bravyi-Kitaev Sihirli Durum Damıtma | Örgü Cerrahisi |
+---------------------------------------------------------------------------------+
| KATMAN 0: FİZİKSEL HESAPLAMA & DONANIM MOTORU |
| DAG Devresi (Kahn) | Compiler Pipeline (CancelInverses, MergeRotations, Route) |
| Metal/MLX Sıfır-Kopya GPU (52.09x) | SIMD Clifford (>3.13M g/s) | MPS (250q) |
| 7-Kanal Kraus Lindblad Gürültü | Çoklu-Bulut (IBM REST, Google Cirq, IonQ) |
| "Donanım ve simülatörler üzerinde en yüksek başarımla nasıl yürütülecek?" |
+---------------------------------------------------------------------------------+
Bağımlılık Grafi
mcp_server.py ──┐
▼
quanta.torch / layer3/ ───────► simulator/ ───────► core/
│ │ ▲
▼ ▼ │
qec/ (FTQC) ────────────► dag/ ────────────────┘
│ ▲
▼ │
compiler/ ────────────────────┘
│
▼
backends/ & export/
Kural: Bağımlılıklar daima aşağı ve çekirdeğe doğru akar. Çekirdek (core/) harici hiçbir katmana bağımlı değildir.
Modul Detaylari
core/ -- Temel Yapi Taslari
| Dosya |
Sorumluluk |
types.py |
QubitRef, Instruction, QubitRegister |
gates.py |
31 kapi + broadcast (IBM Heron paritesi) |
circuit.py |
@circuit dekoratoru, CircuitBuilder |
measure.py |
Esnek olcum (tam, kismi) |
equivalence.py |
Uniter karsilastirma, sadakat |
custom_gate.py |
Kullanici tanimli uniter kapilar |
dag/ -- Yonlu Dongusuz Graf
| Dosya |
Sorumluluk |
node.py |
InputNode, OpNode, OutputNode |
dag_circuit.py |
Topolojik siralama (Kahn), derinlik, paralel katmanlar |
compiler/ -- Optimizasyon Hatti
| Dosya |
Sorumluluk |
pipeline.py |
CompilerPass Protokolu, zincirleme, istatistikler |
passes/optimize.py |
CancelInverses (H.H=I), MergeRotations |
passes/translate.py |
IBM/Google/Quantinuum kapi seti cevirisi |
passes/routing.py |
Topoloji bazli SWAP ekleme (linear/ring/grid) |
simulator/ -- Simulasyon Motorlari
| Dosya |
Sorumluluk |
base.py |
SimulatorBackend ABC — tüm simülatörler için soyut arayüz |
statevector.py |
Yoğun tensor contraction, 27 qubite kadar (tam doğru) |
sparse.py |
Sözlük tabanlı seyrek statevector, 50 qubite kadar, O(k) bellek |
mps.py |
Matris Çarpım Durumu (SVD), 200+ qubit, O(n·χ²) bellek |
factory.py |
create_simulator() — en iyi arka ucu otomatik seçer |
router.py |
Devre-duyarlı yönlendirme (Clifford algılama, qubit sayısı) |
density_matrix.py |
Karisik durumlar + Kraus gurultu, 13 qubite kadar |
pauli_frame.py |
Aaronson-Gottesman stabilizer tablosu, 50-qubit GHZ <5s |
noise.py |
7 gurultu kanali: Depolarizing, BitFlip, PhaseFlip, AmplitudeDamping, T2Relaxation, Crosstalk, ReadoutError |
accelerated.py |
JAX-GPU / CuPy otomatik algilama, NumPy fallback |
layer3/ -- Deklaratif API
| Dosya |
Sorumluluk |
search.py |
Otomatik Grover aramasi |
optimize.py |
QAOA optimizasyonu |
agent.py |
Coklu ajan karar modelleme |
vqe.py |
Variasyonel Kuantum Ozdeger Cozucu |
shor.py |
Tam sayi carpanlara ayirma (periyot bulma + QFT) |
qsvm.py |
Kuantum cekirdek SVM siniflandirma |
finance.py |
Portfoy optimizasyonu (Markowitz + QAOA) |
hamiltonian.py |
Trotter zaman evrimi, molekuler Hamiltonianlar |
entity_resolution.py |
QAOA tabanli musteri tekillestime |
monte_carlo.py |
Kuantum Monte Carlo, genlik kestirimi, opsiyon fiyatlama |
clustering.py |
Kuantum swap-test uzakliklari + k-means kumeleme |
qml.py |
Kuantum ML: variasyonel siniflandirici, kuantum cekirdek, ozellik haritalari |
export/ -- QASM Giris/Cikis
| Dosya |
Sorumluluk |
qasm.py |
OpenQASM 3.0 cikti |
qasm_import.py |
QASM 2.0/3.0 girdi -> DAG |
qec/ -- 2026 Çift-Kanal Hata Düzeltme (FTQC)
| Dosya |
Sorumluluk |
codes.py |
BitFlip [[3,1,3]], PhaseFlip [[3,1,3]], Steane [[7,1,3]] |
surface_code.py |
Döndürülmüş Surface Code [[d^2,1,d]], 3D uzay-zaman sendrom döngüleri |
color_code.py |
2D Üçgensel Color Code, transversal Clifford, restriction dekoderi |
decoder.py |
Edmonds Blossom MWPM (tam ağırlıklı mükemmel eşleme) ve Union-Find |
qldpc.py |
Gross [[144, 12, 12]] Bivariate Bicycle kodu, Normalized Min-Sum BP-OSD-0 |
distillation.py |
15-to-1 Bravyi-Kitaev sihirli durum damıtma fabrikası, örgü cerrahisi |
quanta.torch / cognitive/ -- Derin Öğrenme & Biyomorfik Kuantum Motoru
| Modül / Dosya |
Sorumluluk |
quanta.torch.QuantumLayer |
PyTorch nn.Module katmanı, analitik parameter-shift autograd VJP |
quanta.torch.ContinuousResonator |
Sürekli Schrödinger akışı, Daleckii-Krein analitik Fréchet türevleri |
quanta.torch.BiomorphicResonantBrain |
Çift hemisferli, 4-nöromodülatörlü (DA, ACh, 5-HT, NE) kuantum beyni |
quanta.torch.lie_algebra |
Dinamik Lie cebiri dim(g) boyutu ve analitik barren plateau teşhis motoru |
quanta.cognitive |
SWR hafıza pekiştirme, REM uyku konsolidasyonu, CSF faz kalkanı |
benchmark/ -- Kalite & Kıyaslama Ölçümü
| Dosya |
Sorumluluk |
qasmbench.py |
10 standart + 3 büyük QASMBench devresi |
benchpress_adapter.py |
SDK arası karşılaştırma API'si (Nation et al.) |
run_paper_benchmarks.py |
Hakemli yayın için ampirik mikrosaniye kıyaslamaları |
Destek Modülleri
| Dosya |
Sorumluluk |
runner.py |
6 aşamalı orkestratör: build > DAG > compile > sim > noise > sample > result |
result.py |
Ölçüm sonuçları, olasılıklar, Dirac notasyonu, durum vektörü |
visualize.py |
ASCII ve SVG devre diyagramları |
visualize_state.py |
Olasılık histogramı, Bloch küresi, faz diyagramı |
mcp_server.py |
MCP sunucusu — Otonom AI ajanları için 23 kuantum aracı (SSE + stdio) |
Veri Akışı
Kullanıcı Kodu / AI Ajanı (MCP)
│
▼
@circuit / layer3 / quanta.torch
│
▼
DAGCircuit (Kahn topolojik sıralama)
│
▼
CompilerPipeline (CancelInverses, MergeRotations, Routing)
│
▼
QEC Koruma Katmanı (Edmonds Blossom MWPM / Gross qLDPC BP-OSD)
│
▼
Yürütme Arka Ucu (Metal/MLX, StateVector, Clifford SIMD, MPS, veya IBM/Google/IonQ Donanımı)
│
▼
Result (Ölçüm sayımları, durum vektörü, analitik gradyanlar, hata sendromları)
Tasarım Kararları
- İlk-İlkelerden Bağımsızlık: Ağır C++/LLVM derleme zincirleri olmaksızın, saf Python ve NumPy ile edge cihazlardan HPC kümelere kadar tam taşınabilirlik.
- Apple Silicon Sıfır-Kopya: Metal Performance Shaders / MLX ile birleşik bellekte CPU-GPU kopyalama gecikmesini sıfırlayan doğrudan GPU tensör hızlandırması.
- Analitik Hilbert Gradyanları: Padé sapmalarını ortadan kaldıran Daleckii-Krein Fréchet türevleri ve Lie cebiri barren plateau garantisi.
- 2026 FTQC Çift-Kanal: Hem 2D yüzey kodlarında Edmonds Blossom MWPM hem de yüksek dereceli Gross qLDPC BP-OSD ile 12 kat donanım tasarrufu.
- AI-Native MCP Mimarisi: 23 adet yerleşik MCP aracı ile Claude, GPT ve Gemini ajanlarının kuantum optimizasyonu ve denetimini doğrudan yürütebilmesi.
- Yanlışlanabilir Bilimsel Titizlik (Falsifiable Empiricism): 2.076 adet regresyonsuz test ile üniterlik ve CPTP iz korunum garantisi.
Mimari Künyesi & Yazarlık