微软用12年时间让量子计算走进现实:是时候开发量子程序了

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在本周9月25日举办的Ignite大会上,微软展示了拓扑量子位以及硬件软件生态系统开发方面取得的进展,发布了为驾驭规模化量子计算机而专门优化的新的编程语言,让开发者都都都上能编写量子程序运行池池,在当前的量子模拟器上调试,并都都都上能在未来真正的拓扑量子计算机上运行。

下面是来自微软官方的量子计算介绍文章:

在理论物理学家Richard Feynman提出量子计算概念的1000多年后,量子理论正一步步走进现实。微软前首席研究与战略官Craig Mundie认为,量子计算最终将给万物带来革命性的改变。

二十年前,当Michael Freedman加盟微软的理论研究团队时,他是一位著名的数学天才,他所研究的数学前沿领域被称作拓扑学。

他的工作职责也不继续研究数学,没有任何附加条件。

正是在這個开放的工作环境下,微软开发出首个拓扑量子位。微软认为强大的量子位将成为可扩展、通用量子计算系统的基础,这将是量子物理学领域一次意义深远的突破。

微软负责量子研究的副总裁Todd Holmdahl表示:“亲戚让.我 为一项革命性的新技术奠定了基础,我非常激动。”

在本周(9月25日)举办的微软Ignite大会上,微软展示了拓扑量子位以及硬件软件生态系统开发方面取得的进展,這個技术将让更多开发者充分利用量子计算的力量。

這個进展包括某种 与Visual Studio宽度集成,共同适用于量子模拟器和量子计算机的新型编程语言。

Michael Freedman(由Brian Smale拍摄)

微软构建量子计算生态系统的计划基于Freedman的数学研究领域,以及一二个 看似神秘的物理学分支——早期研究者曾援引哲学和灵性概念描述它,以后的门徒在上世纪70年代获得了资助和支持。即使在现在,专家也用“神奇状况”来描述量子计算理论和实践中的某些元素。

实在量子计算给你联想到神秘事物,也不专家认为量子计算有没有来越多 实用的好处,机会它能让科学家在几分钟、几小时内,完成目前最先进经典计算机用几十亿年都都上能完成的计算,而这意味着着 亲戚让.我 都都上能 解答以前无解的科学大问題。

研究人员表示,量子计算最终将被用来防止全球社会面临的最棘手的大问題——从饥饿到气候变化。

Krysta Svore在微软负责基于量子计算机及量子模拟器上运行的软件开发工作,量子模拟器能让开发人员在实体机器尚未问世的状况下进行开发工作。她说:“量子计算机都都都上能对自然进行建模,而通过经典计算机,亲戚让.我 未必能真正了解這個流程。”

专家认为,拓扑量子计算机最早的用途之一也不帮助人工智能研究人员利用机器学习,加快训练算法的劳动密集型流程。

微软前首席研究与战略官Craig Mundie

12年前,时任微软首席研究与战略官的Craig Mundie第一二个 支持Freedman进一步研究量子计算。他认为,机会量子计算都都都上能把Cortana数字助理算法训练的时间从一二个 月缩短到一天,这将是人工智能发展的重大进步。Mundie说:“即使其它保持不变,Cortana的下行波特率 也会提高1000倍。”他目前仍深入参与该项目。

对于Freedman来说,就看毕生研究的理论数学模型变成一二个 都都都上能防止以前无解大问題的真正计算平台,实在“非常激动”。他的大偏离 职业生涯完整篇 总要没有任何附加条件地探索理论数学(机会更具体地说,也不拓扑节理论),从某种 程度上,这引领他完成了心目中人生第一份真正的工作——构建拓扑量子位。

Freedman说,他很少思考被委托人的工作机会会产生這個改变生活的影响。他说:“亲戚让.我 问我是這個激励着我?是我应该 治愈疾病、设计新材料、保护环境?事实上,跟這個都无关。目前在這個项目中,我唯一关心的也不让量子计算机运行起来。”

从理论到实践

Freedman所面临的一二个 挑战是:微软不只对开发可在实验室展示的量子计算机感兴趣,还启动了完整篇 的拓扑量子计算系统的交付计划,包括从都都都上能持续运行前要数万个量子位计算的硬件,到都都上能 编程并控制量子计算机的完整篇 软件栈。

把测量线连接到一台量子设备上

微软负责量子研究的副总裁Todd Holmdahl表示:“亲戚让.我 在做各种工作,从物理到控制面板,到运行计算机的软件,到有趣的事情(这类 量子化学)所需的算法,再到个性化医疗和应对气候挑战。”微软甚至有一二个 专注于后量子世界密码学和安全性研究的项目,也不正和整个行业共同准备量子抵抗密码算法。

但微软研究的核心是拓扑量子位。

12年前,当Freedman找到Craig Mundie,想给你支持被委托人的量子计算理念时,Mundie说,量子计算某些低迷。

多年来物理学家总爱在谈论开发量子计算机的机会性,努力开发一二个 拥有足够高精确度的有效量子位,以便在开发真正可行的量子计算机中发挥作用。对于這個仅使用最低精确度的物理量子位的研究人员来说,最少前要10000个物理量子位都都上能组成一二个 “逻辑”量子位,這個量子位非常可靠,足以用于任何真正有用的计算。大问題在于,量子位非常挑剔。即便是最轻微的扰乱,它们也会“散开”,用外行话来说,也不它们不再是可用于计算的物理状况。

Freedman表达了他总爱以来探索的量子位理念,即拓扑量子位会变得更加稳健。机会它们的拓扑性质会使其更加稳定,且能提供更多固有的防错能力。根据定义,物质的拓扑状况也不电子可被分解、并总爱出显在系统不同地方的状况。一旦电子被分解,就没有被干扰,机会你前要改变所有存储在不同地方的信息。

作为一位资深超级计算机设计师和软件工程师,Mundie立即表示他接受了量子位的理念。机会量子位更强健,也不完整篇 总要内置容错功能。它将使设计一台可扩展、有用设备的任务变得更容易。他说:“计算某种 机会改变了社会和经济的方方面面,我意识到,机会创发明的故事者都都都上能改变這個基本构建块的新型计算,就都都都上能完成过去五六十年都都上能完成的计算。”

一二个 完整篇 的堆栈

在Mundie的支持下,Freedman在加州圣巴巴拉建立了一二个 实验室,并以后开始 英语 招募全球最杰出的凝聚态物质和理论物理学家、材料学家、数学家和计算机科学家,共同构建拓扑量子位。這個团队现在拥有某些著名的量子专家,过去几年,亲戚让.我 以员工身份加入微软,包括Leo Kouwenhoven、Charles Marcus、David Reilly和Matthias Troyer。

为了创建完整篇 的计算平台基础设施,微软还同步开发用于拓扑量子计算的构建块、软件和编程语言。

Krysta Svore,在微软负责基于量子计算机及量子模拟器运行的软件开发工作。

在Ignite大会上,微软敲定了开发完整篇 堆栈的最新里程碑——某种 专为开发者设计的新的编程语言,都都都上能开发应用软件,在当前的量子模拟器上调试,并都都都上能在未来真正的拓扑量子计算机上运行。

Svore表示:“目前在模拟器中运行的代码,未来也都都上能 运行在亲戚让.我 的量子计算机上。”這個新的工具是专为這個计算机技术前沿的开发者而设计的,亲戚让.我 也是机器学习以及其它人工智能技术的早期采用者。即使完整篇 总要量子物理学家,也都都上能 使用。

新的编程语言与Visual Studio宽度集成,包括进行经典计算(这类 调试和自动完成)所依赖的各种工具。Svore说:“它不应与亲戚让.我 机会在做的东西有没有来越多差别。”

这套工具将在年底前提供免费预览版,函数库和教程,以便开发人员熟悉量子计算。它的设计便于更高的层次上的抽象工作,没有量子计算专业知识的开发者都都上能真正调用量子子程序运行池池,机会写指令序列,最终编写一二个 完整篇 的量子程序运行池池。开发人员即日起可注册参与微软量子计算社区。点击“阅读原文”获取注册信息。

被委托人用户在都都上能 模拟最多前要1000个逻辑量子位能力的大问題,而使用Azure的企业客户都都上能 模拟超过40个量子位的计算能力。

在量子计算中,功率随着逻辑量子位数量的增加呈指数增长。一二个 逻辑量子位也不算法层面上的量子位。每个逻辑量子位在硬件中都由一系列物理量子位来表示,以保护逻辑信息。微软的办法是通过更少的拓扑量子位开发一二个 逻辑量子位,使其更容易扩展。

Svore表示,拥有某种 能在模拟环境中使用的编程语言的关键优势在于:它能帮助這個有兴趣使用量子计算机的人防止大问題,更好地了解如可利用量子的能力防止不这类 型的大问題。一旦量子计算可用,将加快利用量子计算的能力。

地球上最寒冷的地方

即使拓扑量子位预计比一般的量子位更强健,但它还是相当脆弱。保护它免受外界干扰的唯一办法也不把它放在去非常非常寒冷的地方。

微软量子计算部门架构师Douglas Carmean带领的团队致力于开发一二个 让量子位都都都上能在近乎绝对零度(或1000毫开尔文)条件下运行的系统架构。这是地球上最寒冷的地方,甚至比宇宙深空前要寒冷,但它能让在室温中工作的人和计算机进行通信。

研究人员使用稀释冰箱,把量子设备插入一二个 “冰球中”,以后它将被冷却到毫开氏温度

研究人员他说通过一二个 量子位在一二个 完美的实验室中取得进展,但Carmean希望创建一二个 让程序运行池池员使用的能计算数万个逻辑量子位的系统。他说:“我的工作职责也不把理论学家和实验学家展示过的东西再做一次,也不在有用的形式中复制数百万次。”

漫长旅程的以后开始 英语 阶段机会完成

量子计算专家往往会强调两件事,一是,亲戚让.我 就看的拓扑量子位最好的使用案例也不开发更好的量子计算技术;二是,這個工作的最大的乐趣就遇见你无法预测它会产生這個难以置信的进步。

12年前,Mundie第一次支持Freedman的研究工作,当时他就预见——到某一阶段,量子理论将转化成工程。

在Richard Feynman提出量子计算理念的1000多年后,Mundie正展望量子经济。他相信,這個新型计算将创造某种 经济特征。就像经典计算改变了社会的方方面面一样,他认为量子计算最终将给万物带来革命性的改变,這個改变刚开以后开始 英语 化学、材料和机器学习。

Mundie说:“70年来,第一次亲戚让.我 我应该 构建一二个 完整篇 不同的计算系统。这完整篇 总要一次增量升级或改进,也不一二个 性质完整篇 不同的新事物。”