量子计算的下一步是什么

　　量子计算正处于稳步上升的轨道上，但随着新技术开始上线，该领域也在不断变化。

　　与二进制位不同，量子计算/计算机 （QC） 中的量子位同时以 1 和 0 的形式存在并作为一个组。因此，根据一些计算，一个 300 量子比特的集合足以计算宇宙中的所有信息。换句话说，比任何人一生都需要知道的要多。

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　　QC 给了我们希望，我们可以解决许多以前无法解决的问题，这取决于所讨论的问题，这可能是好是坏。例如，QC 有可能帮助模拟化学分子，这对于发现和开发新药至关重要。另一方面，QC 也将使以前无法破解的安全代码过时，从而需要建立抗 QC 的密码学方法。更一般地说，QC 有望加速各种不同应用的进展，例如人工智能 （AI）、金融建模、天气预报和粒子物理学。

　　尽管量子计算面临多重挑战，但该领域正稳步向高性能量子计算机发展，可以解决密码学、化学和人工智能中的难题。据波士顿咨询集团称，硬件和端到端提供商正在构建 QC 的商业基础，而专业的软件服务提供商则专注于解决特定问题。

　　来自量子计算机硬件供应商的软件和教程

　　硬件系统供应商包括 D-Wave、IBM、英特尔、IonQ、Quantum Circuits、QuTech 和 Rigetti。

　　D-Wave是目前唯一一家销售量子计算机的公司。自 2013 年以来，Google 和 NASA 一直在测试 D-Wave 的机器。每个 D-Wave QC 的成本超过 1000 万美元（第一台以1500 万美元的价格卖给了网络安全公司 Temporal Defense Systems Inc. ）。

　　虽然 IBM 尚未开始销售量子计算机，但它在 2017 年将其原型的容量提高到了 50 个量子位，并且在 2019 年初，IBM 宣布了 Q System One。许多人认为这台 9 立方英尺的 20 量子比特机器是迈向大规模商业化的重要一步。

　　使用英特尔的 49 量子位测试芯片，荷兰公司 QuTech 计划在 2019 年的某个时候提供对其Quantum Inspire原型平台以及成熟 QC 处理器的访问权限。

　　虽然之前的重点是软件，但 Rigetti 正在努力在 2019 年夏季推出功能正常的 128 量子比特 QC。其他致力于 QC 原型的公司包括IonQ和 Quantum Circuits，它们是耶鲁大学的附属公司。

　　允许访问量子计算机

　　的公司 允许访问其量子计算能力的公司包括 IBM、阿里巴巴、D-Wave 和 NTT。

　　就 Quantum Experience（或 Q Experience）平台而言，IBM 已在网络上放置了一个实验性的 5 量子比特处理器，供公众申请访问。IBM Quantum Experience 网站有四个模块：1） 教程，2） 用于配置的量子合成器，3） 在实际运行之前对参数进行建模的模拟器，以及 4） 访问机器上的实际运行。IBM 报告称，IBM Q Experience 有超过 80，000 名用户，他们共同进行了超过 300 万次实验，产生了 70 多篇研究论文。

　　阿里巴巴量子公司实验室与中国科学院合作，在阿里云上提供对 11 量子比特量子计算的访问。用户可以在在线界面上远程编写和执行量子电路，然后下载结果。该网站还具有模拟功能。用户可以在此处观看视频演示并访问注册页面。

　　D-Wave 推出的一个名为Leap的实时云平台。通过向公众提供 Leap 访问权限，D-Wave 希望围绕该技术建立一个生态系统。D-Wave 2000Q 量子计算机的每次访问会话都是一分钟，根据 D-Wave 的说法，这应该足以解决 400 到 4，000 个问题。用户还可以以每小时 2，000 美元及以上的价格支付更多时间。最后，日本电报电话公司 （NTT） 也向用户提供免费访问权限。

　　拥有用于量子计算的软件开发工具包 （SDK） 的软件公司

　　IBM、谷歌、微软、Rigetti、D-Wave 和 Xanadu 等端到端提供商提供了自己的基于云的开源软件平台。

　　IBM 创立了基于 Python 的#Qiskit和基于 Javascript 的#Qiskit-JS开源量子计算框架。通过 Qiskit 或 Qiskit-JS 制作的应用程序可以在 Q Experience 上进行测试。

　　#Cirq是一个开源 Python 库，用于创建和编辑要在量子计算机和模拟器上运行的软件；Cirq 目前在OpenFermion-Cirq上可用。尽管与 Google 的 AI Quantum Team 相关联，但 Cirq 并不是 Google 的官方产品。

　　微软的 Q#（“Q sharp”）是一种专门用于量子算法的多范式开源语言。Q# 主要取代了微软早期的 LIQUi|》 架构。Microsoft 已开发 Q# 以针对其现有模拟器运行，并最终在其物理硬件上运行。Q# 与 Microsoft 的 Visual Studio 开发环境集成，因此其代码可以在本地系统或 Azure 云平台上的模拟器上运行。另一方面， #Quantum Katas是一个自定进度的编程项目，它教开发人员如何使用 Q# 为量子计算机编写代码。

　　Rigetti Forest量子计算SDK由量子指令语言（Quil）、用于Quil编程的开源Python库、量子程序库（Grove）和模拟环境（Quantum Virtual Machine）组成。

　　D-Wave 的Leap Quantum 应用环境提供对 D-Wave 2000Q 量子计算机的免费、实时访问，这是一个开源 Ocean 软件开发工具包；交互式演示、编码示例和基于知识的文章形式的教程；以及用于协作和支持的社区论坛。

　　Xanadu 的软件 QC 库分为两部分：基于 Python 的平台PennyLane和用于设计、模拟和优化 QC 编程的全栈 Python 库Strawberry Fields 。

　　在普通计算机上提供 QC 模拟器的组织

　　还有许多其他组织在普通计算机上提供量子计算模拟。这些组织大多是非营利的研究机构。

　　#ProjectQ是最知名的平台之一。#ProjectQ 是一个与硬件无关、基于 Python 的开源 QC 框架，具有编程和仿真功能。它允许用户使用 Python 编写代码，然后将代码转换为任何后端，用于传统计算机或实际量子计算机（例如 IBM Q Experience）上的模拟器。

　　另一个比较知名的平台是Quantum Computing Playground，这是一个由 Google 工程师团队在 2014 年开发的模拟环境。借助自己的脚本语言，Quantum Computing Playground 可以运行多种算法并有效地模拟高达 22 个量子比特的量子计算。量子计算游乐场更适合中高级用户。

　　这里有太多的仿真平台无法命名。一些平台在大量子位上表现出色，例如由 Atos 和英国科学技术设施委员会提供的 Atos Quantum Learning Machine（38 qubits ），以及由 QuTech 和由荷兰国家超级计算机支持。有些是专业平台，例如面向化学和材料科学的 OpenFermion。此外，一些平台对学生或初学者友好，例如Quantum User Interface（墨尔本大学）、QCircuits和Quirk，它们都模拟了小规模的量子操作并具有用户友好的界面。最后，奇博是 Qilimanjaro 开发的基于 Python 的开源模拟器，支持 IBM、Rigetti 和 Qilimanjaro 的虚拟机。

　　结论

　　随着风险投资和政府拨款的涌入，量子计算正处于稳步上升的轨道上。在任何特定时间，都会有许多项目启动，然后完成或放弃。随着该领域为当前的超导和俘获离子实施增加了更新的技术——包括光子、硅基和拓扑方法——我们很可能会看到改进的硬件和增加对量子计算的访问。那么，你会在量子计算机上运行哪些程序或算法？

　　审核编辑：郭婷