量子计算的开源框架

量子计算机的出现，需要一定程度的软件解决方案，为每个人的量子开发环境提供必要的基础。IBM 凭借其最新的开源软件开发工具包 Qiskit，旨在创建一个编程环境，使底层技术的复杂性不再是用户的问题。未来，程序将不得不使用大量的量子和经典资源，因此必须以光速优化解决方案。

IBM Quantum 的量子平台负责人 Blake Johnson 在接受 EE Times 采访时指出，量子技术正在取得巨大成功，未来需要为广泛使用奠定软件基础。Qiskit 项目是一个用于处理量子电路和算法的开源框架。该软件接口允许开发人员使用 Python 脚本对量子算法进行编程。此外，它们可以对各种量子计算机之间的交互请求进行分组。

“量子计算的力量来自量子电路，”约翰逊说。“量子电路可以计算经典计算机难以处理或无法访问的数量，这是量子计算的主要价值主张。一个好的电路不仅取决于它的宽度或量子比特的数量，还取决于它的深度。”

IBM Quantum Experience 的目标是提供附加值，以便通过 OpenQASM 开始的编程将提供底层量子位的逻辑操作（“门”）级别的表示，从而保证量子电路的发展。“随后，我们为研究人员提供了了解真实硬件噪声并通过减少错误设计更好的门的可能性，”约翰逊说。“我们最近发布了 Qiskit 优化模块，开始了我们的无摩擦量子体验之旅。

“在软件开发方面，构建内核工具和算法开发人员是制造更高质量系统的过程的一部分，这涉及构建更好的门或更好的电路，”他补充道。“它们使我们能够扩展系统的功能。目标不仅仅是制造一个好的设备，而是做一些对人们进行某些操作有用的事情。今天的许多软件开发人员都非常有效率，并且做了很多有用的工作，而没有考虑晶体管物理或考虑作为程序员与之交互的一些抽象基础的微码或汇编代码。当量子计算产生真正的影响时，也会出现同样的反对意见，从而允许这些系统提高生产力。”

量子技术

将经典计算软件优化到用户只需几行代码即可构建应用程序或网站的地步，花了 50 多年的时间。量子计算必须在未来两三年内经历类似的过程。

传统计算使用 0 和 1；量子计算具有可以同时表示 1、0 或两者的量子比特。这种重叠可能允许其中两个量子位以单个组件无法解释的方式运行。这种行为称为纠缠。

就在几年前，可靠地管理不同量子系统的操作和联网的能力是不可能的。今天，由于科学和工程方面的非凡努力，我们可以增加量子比特的数量。这些最新进展表明，我们正在迅速提供可以在解决问题方面提供显着优势的量子系统。

与经典处理器一样，由携带比特信息（状态）的电线和改变比特状态的逻辑门组成，你想用作计算机的量子系统也是由电线组成的，可以指示量子比特从一个门到另一个门的传输，或时间的流逝，以及门。逻辑门可以涉及单个量子位或多个系统。

问题是很难保持量子系统稳定，因为最小的外部干扰往往会干扰并因此损坏设备的运行。许多研究人员已经开发出协议来减少这种错误并控制多个量子位系统。

IBM 旨在构建一个强大的量子计算生态系统，其中还包括开源软件工具、近期系统应用程序以及量子社区的教育材料。

Qiskit 模块

为了增加量子研究人员和应用程序开发的生态系统，IBM 启动了 Qiskit 项目，这是一个用于量子计算机编程和使用的开源软件开发工具包。该软件包的功能不断增长，如今允许用户创建量子计算程序并在 IBM 真正的量子处理器或在线提供的量子模拟器之一上运行它们。

Qiskit优化模块允许使用 IBM Decision Optimization CPLEX 建模或DOcplex对优化问题进行简单高效的建模。程序员只需要像往常一样进行编程。今天的软件开发人员无需担心逻辑端口和 MOSFET 等电子元件；在同一级别上，新模块通过使用标准量子电路库优化其资源，抽象了一个编程级别。

Qiskit 为量子电路级程序提供了一套代码工具，提供远程访问后端的执行和管理。该模块的开发是为了在短期内促进量子计算机算法的研究、开发和基准测试——这是一个借助 Qiskit 提供的基本量子算法解决不同类型问题的接口。

Qiskit 的工作原理（来源：IBM）

IBM 正在使功能变得非常简单，即使对于那些不是量子理论或量子力学专家的人也是如此，这是量子计算机的基础。Qiskit 有助于扩大量子开发社区，公司将能够利用资源来满足其业务需求。该网络平台提供了解释开发人员如何建模他们的优化问题的教程。

IBM 通过人类用户界面为支持云的实验平台提供了一种实用的方法。该界面允许用户使用量子比特，为自己的研究运行算法，并探索有关量子技术的教程和模拟。

正如约翰逊指出的那样，接下来的挑战主要涉及开发新的应用程序模块以达到不同的领域。“这项工作将使我们能够加速用于许多不同应用空间的算法的解决方法，但它也将成为其他模型的一种催化剂，”他说。

“另一个下一个创新是我们的软件系统的架构优化，以便能够更好地支持经典的量子工作负载，使我们的系统能够接受程序而不仅仅是电路，”他补充道。“还有程序可以交互和有效地使用量子资源的方式。”

未来几年，100 个或更多量子比特的量子计算机将能够执行超过当今经典超级计算机能力的任务，但量子架构中的噪声将限制性能。第一个挑战是保持量子比特质量。研究人员的任务还包括在硬件和软件方面提出新的解决方案，以使编程变得“简单”。

审核编辑：彭静