量子計算機(jī)的出現(xiàn)，需要一定程度的軟件解決方案，為每個人的量子開發(fā)環(huán)境提供必要的基礎(chǔ)。IBM 憑借其最新的開源軟件開發(fā)工具包 Qiskit，旨在創(chuàng)建一個編程環(huán)境，使底層技術(shù)的復(fù)雜性不再是用戶的問題。未來，程序?qū)⒉坏貌皇褂么罅康牧孔雍徒?jīng)典資源，因此必須以光速優(yōu)化解決方案。

IBM Quantum 的量子平臺負(fù)責(zé)人 Blake Johnson 在接受 EE Times 采訪時指出，量子技術(shù)正在取得巨大成功，未來需要為廣泛使用奠定軟件基礎(chǔ)。Qiskit 項目是一個用于處理量子電路和算法的開源框架。該軟件接口允許開發(fā)人員使用 Python 腳本對量子算法進(jìn)行編程。此外，它們可以對各種量子計算機(jī)之間的交互請求進(jìn)行分組。

“量子計算的力量來自量子電路，”約翰遜說。“量子電路可以計算經(jīng)典計算機(jī)難以處理或無法訪問的數(shù)量，這是量子計算的主要價值主張。一個好的電路不僅取決于它的寬度或量子比特的數(shù)量，還取決于它的深度。”

IBM Quantum Experience 的目標(biāo)是提供附加值，以便通過 OpenQASM 開始的編程將提供底層量子位的邏輯操作（“門”）級別的表示，從而保證量子電路的發(fā)展。“隨后，我們?yōu)檠芯咳藛T提供了了解真實硬件噪聲并通過減少錯誤設(shè)計更好的門的可能性，”約翰遜說。“我們最近發(fā)布了 Qiskit 優(yōu)化模塊，開始了我們的無摩擦量子體驗之旅。

“在軟件開發(fā)方面，構(gòu)建內(nèi)核工具和算法開發(fā)人員是制造更高質(zhì)量系統(tǒng)的過程的一部分，這涉及構(gòu)建更好的門或更好的電路，”他補充道。“它們使我們能夠擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。目標(biāo)不僅僅是制造一個好的設(shè)備，而是做一些對人們進(jìn)行某些操作有用的事情。今天的許多軟件開發(fā)人員都非常有效率，并且做了很多有用的工作，而沒有考慮晶體管物理或考慮作為程序員與之交互的一些抽象基礎(chǔ)的微碼或匯編代碼。當(dāng)量子計算產(chǎn)生真正的影響時，也會出現(xiàn)同樣的反對意見，從而允許這些系統(tǒng)提高生產(chǎn)力。”

量子技術(shù)

將經(jīng)典計算軟件優(yōu)化到用戶只需幾行代碼即可構(gòu)建應(yīng)用程序或網(wǎng)站的地步，花了 50 多年的時間。量子計算必須在未來兩三年內(nèi)經(jīng)歷類似的過程。

傳統(tǒng)計算使用 0 和 1；量子計算具有可以同時表示 1、0 或兩者的量子比特。這種重疊可能允許其中兩個量子位以單個組件無法解釋的方式運行。這種行為稱為糾纏。

就在幾年前，可靠地管理不同量子系統(tǒng)的操作和聯(lián)網(wǎng)的能力是不可能的。今天，由于科學(xué)和工程方面的非凡努力，我們可以增加量子比特的數(shù)量。這些最新進(jìn)展表明，我們正在迅速提供可以在解決問題方面提供顯著優(yōu)勢的量子系統(tǒng)。

與經(jīng)典處理器一樣，由攜帶比特信息（狀態(tài)）的電線和改變比特狀態(tài)的邏輯門組成，你想用作計算機(jī)的量子系統(tǒng)也是由電線組成的，可以指示量子比特從一個門到另一個門的傳輸，或時間的流逝，以及門。邏輯門可以涉及單個量子位或多個系統(tǒng)。

問題是很難保持量子系統(tǒng)穩(wěn)定，因為最小的外部干擾往往會干擾并因此損壞設(shè)備的運行。許多研究人員已經(jīng)開發(fā)出協(xié)議來減少這種錯誤并控制多個量子位系統(tǒng)。

IBM 旨在構(gòu)建一個強大的量子計算生態(tài)系統(tǒng)，其中還包括開源軟件工具、近期系統(tǒng)應(yīng)用程序以及量子社區(qū)的教育材料。

Qiskit 模塊

為了增加量子研究人員和應(yīng)用程序開發(fā)的生態(tài)系統(tǒng)，IBM 啟動了 Qiskit 項目，這是一個用于量子計算機(jī)編程和使用的開源軟件開發(fā)工具包。該軟件包的功能不斷增長，如今允許用戶創(chuàng)建量子計算程序并在 IBM 真正的量子處理器或在線提供的量子模擬器之一上運行它們。

Qiskit優(yōu)化模塊允許使用 IBM Decision Optimization CPLEX 建模或DOcplex對優(yōu)化問題進(jìn)行簡單高效的建模。程序員只需要像往常一樣進(jìn)行編程。今天的軟件開發(fā)人員無需擔(dān)心邏輯端口和 MOSFET 等電子元件；在同一級別上，新模塊通過使用標(biāo)準(zhǔn)量子電路庫優(yōu)化其資源，抽象了一個編程級別。

Qiskit 為量子電路級程序提供了一套代碼工具，提供遠(yuǎn)程訪問后端的執(zhí)行和管理。該模塊的開發(fā)是為了在短期內(nèi)促進(jìn)量子計算機(jī)算法的研究、開發(fā)和基準(zhǔn)測試——這是一個借助 Qiskit 提供的基本量子算法解決不同類型問題的接口。

Qiskit 的工作原理（來源：IBM）

IBM 正在使功能變得非常簡單，即使對于那些不是量子理論或量子力學(xué)專家的人也是如此，這是量子計算機(jī)的基礎(chǔ)。Qiskit 有助于擴(kuò)大量子開發(fā)社區(qū)，公司將能夠利用資源來滿足其業(yè)務(wù)需求。該網(wǎng)絡(luò)平臺提供了解釋開發(fā)人員如何建模他們的優(yōu)化問題的教程。

IBM 通過人類用戶界面為支持云的實驗平臺提供了一種實用的方法。該界面允許用戶使用量子比特，為自己的研究運行算法，并探索有關(guān)量子技術(shù)的教程和模擬。

正如約翰遜指出的那樣，接下來的挑戰(zhàn)主要涉及開發(fā)新的應(yīng)用程序模塊以達(dá)到不同的領(lǐng)域。“這項工作將使我們能夠加速用于許多不同應(yīng)用空間的算法的解決方法，但它也將成為其他模型的一種催化劑，”他說。

“另一個下一個創(chuàng)新是我們的軟件系統(tǒng)的架構(gòu)優(yōu)化，以便能夠更好地支持經(jīng)典的量子工作負(fù)載，使我們的系統(tǒng)能夠接受程序而不僅僅是電路，”他補充道。“還有程序可以交互和有效地使用量子資源的方式。”

未來幾年，100 個或更多量子比特的量子計算機(jī)將能夠執(zhí)行超過當(dāng)今經(jīng)典超級計算機(jī)能力的任務(wù)，但量子架構(gòu)中的噪聲將限制性能。第一個挑戰(zhàn)是保持量子比特質(zhì)量。研究人員的任務(wù)還包括在硬件和軟件方面提出新的解決方案，以使編程變得“簡單”。