量子計算機的出現(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 的量子平臺負責人 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 腳本對量子算法進行編程。此外，它們可以對各種量子計算機之間的交互請求進行分組。

“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。“它們使我們能夠擴展系統(tǒng)的功能。目標不僅僅是制造一個好的設(shè)備，而是做一些對人們進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)化問題進行簡單高效的建模。程序員只需要像往常一樣進行編程。今天的軟件開發(fā)人員無需擔心邏輯端口和 MOSFET 等電子元件；在同一級別上，新模塊通過使用標準量子電路庫優(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)促進量子計算機算法的研究、開發(fā)和基準測試——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專家的人也是如此，這是量子計算機的基礎(chǔ)。Qiskit 有助于擴大量子開發(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)新的應用程序模塊以達到不同的領(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將能夠執(zhí)行超過當今經(jīng)典超級計算機能力的任務，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”。