量子計算正處于穩(wěn)步上升的軌道上，但隨著新技術(shù)開始上線，該領(lǐng)域也在不斷變化。

與二進(jìn)制位不同，量子計算/計算機 （QC） 中的量子位同時以 1 和 0 的形式存在并作為一個組。因此，根據(jù)一些計算，一個 300 量子比特的集合足以計算宇宙中的所有信息。換句話說，比任何人一生都需要知道的要多。

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QC 給了我們希望，我們可以解決許多以前無法解決的問題，這取決于所討論的問題，這可能是好是壞。例如，QC 有可能幫助模擬化學(xué)分子，這對于發(fā)現(xiàn)和開發(fā)新藥至關(guān)重要。另一方面，QC 也將使以前無法破解的安全代碼過時，從而需要建立抗 QC 的密碼學(xué)方法。更一般地說，QC 有望加速各種不同應(yīng)用的進(jìn)展，例如人工智能 （AI）、金融建模、天氣預(yù)報和粒子物理學(xué)。

盡管量子計算面臨多重挑戰(zhàn)，但該領(lǐng)域正穩(wěn)步向高性能量子計算機發(fā)展，可以解決密碼學(xué)、化學(xué)和人工智能中的難題。據(jù)波士頓咨詢集團(tuán)稱，硬件和端到端提供商正在構(gòu)建 QC 的商業(yè)基礎(chǔ)，而專業(yè)的軟件服務(wù)提供商則專注于解決特定問題。

來自量子計算機硬件供應(yīng)商的軟件和教程

硬件系統(tǒng)供應(yīng)商包括 D-Wave、IBM、英特爾、IonQ、Quantum Circuits、QuTech 和 Rigetti。

D-Wave是目前唯一一家銷售量子計算機的公司。自 2013 年以來，Google 和 NASA 一直在測試 D-Wave 的機器。每個 D-Wave QC 的成本超過 1000 萬美元（第一臺以1500 萬美元的價格賣給了網(wǎng)絡(luò)安全公司 Temporal Defense Systems Inc. ）。

雖然 IBM 尚未開始銷售量子計算機，但它在 2017 年將其原型的容量提高到了 50 個量子位，并且在 2019 年初，IBM 宣布了 Q System One。許多人認(rèn)為這臺 9 立方英尺的 20 量子比特機器是邁向大規(guī)模商業(yè)化的重要一步。

使用英特爾的 49 量子位測試芯片，荷蘭公司 QuTech 計劃在 2019 年的某個時候提供對其Quantum Inspire原型平臺以及成熟 QC 處理器的訪問權(quán)限。

雖然之前的重點是軟件，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，它們是耶魯大學(xué)的附屬公司。

允許訪問量子計算機

的公司 允許訪問其量子計算能力的公司包括 IBM、阿里巴巴、D-Wave 和 NTT。

就 Quantum Experience（或 Q Experience）平臺而言，IBM 已在網(wǎng)絡(luò)上放置了一個實驗性的 5 量子比特處理器，供公眾申請訪問。IBM Quantum Experience 網(wǎng)站有四個模塊：1） 教程，2） 用于配置的量子合成器，3） 在實際運行之前對參數(shù)進(jìn)行建模的模擬器，以及 4） 訪問機器上的實際運行。IBM 報告稱，IBM Q Experience 有超過 80，000 名用戶，他們共同進(jìn)行了超過 300 萬次實驗，產(chǎn)生了 70 多篇研究論文。

阿里巴巴量子公司實驗室與中國科學(xué)院合作，在阿里云上提供對 11 量子比特量子計算的訪問。用戶可以在在線界面上遠(yuǎn)程編寫和執(zhí)行量子電路，然后下載結(jié)果。該網(wǎng)站還具有模擬功能。用戶可以在此處觀看視頻演示并訪問注冊頁面。

D-Wave 推出的一個名為Leap的實時云平臺。通過向公眾提供 Leap 訪問權(quán)限，D-Wave 希望圍繞該技術(shù)建立一個生態(tài)系統(tǒng)。D-Wave 2000Q 量子計算機的每次訪問會話都是一分鐘，根據(jù) D-Wave 的說法，這應(yīng)該足以解決 400 到 4，000 個問題。用戶還可以以每小時 2，000 美元及以上的價格支付更多時間。最后，日本電報電話公司 （NTT） 也向用戶提供免費訪問權(quán)限。

擁有用于量子計算的軟件開發(fā)工具包 （SDK） 的軟件公司

IBM、谷歌、微軟、Rigetti、D-Wave 和 Xanadu 等端到端提供商提供了自己的基于云的開源軟件平臺。

IBM 創(chuàng)立了基于 Python 的#Qiskit和基于 Javascript 的#Qiskit-JS開源量子計算框架。通過 Qiskit 或 Qiskit-JS 制作的應(yīng)用程序可以在 Q Experience 上進(jìn)行測試。

#Cirq是一個開源 Python 庫，用于創(chuàng)建和編輯要在量子計算機和模擬器上運行的軟件；Cirq 目前在OpenFermion-Cirq上可用。盡管與 Google 的 AI Quantum Team 相關(guān)聯(lián)，但 Cirq 并不是 Google 的官方產(chǎn)品。

微軟的 Q#（“Q sharp”）是一種專門用于量子算法的多范式開源語言。Q# 主要取代了微軟早期的 LIQUi|》 架構(gòu)。Microsoft 已開發(fā) Q# 以針對其現(xiàn)有模擬器運行，并最終在其物理硬件上運行。Q# 與 Microsoft 的 Visual Studio 開發(fā)環(huán)境集成，因此其代碼可以在本地系統(tǒng)或 Azure 云平臺上的模擬器上運行。另一方面， #Quantum Katas是一個自定進(jìn)度的編程項目，它教開發(fā)人員如何使用 Q# 為量子計算機編寫代碼。

Rigetti Forest量子計算SDK由量子指令語言（Quil）、用于Quil編程的開源Python庫、量子程序庫（Grove）和模擬環(huán)境（Quantum Virtual Machine）組成。

D-Wave 的Leap Quantum 應(yīng)用環(huán)境提供對 D-Wave 2000Q 量子計算機的免費、實時訪問，這是一個開源 Ocean 軟件開發(fā)工具包；交互式演示、編碼示例和基于知識的文章形式的教程；以及用于協(xié)作和支持的社區(qū)論壇。

Xanadu 的軟件 QC 庫分為兩部分：基于 Python 的平臺PennyLane和用于設(shè)計、模擬和優(yōu)化 QC 編程的全棧 Python 庫Strawberry Fields 。

在普通計算機上提供 QC 模擬器的組織

還有許多其他組織在普通計算機上提供量子計算模擬。這些組織大多是非營利的研究機構(gòu)。

#ProjectQ是最知名的平臺之一。#ProjectQ 是一個與硬件無關(guān)、基于 Python 的開源 QC 框架，具有編程和仿真功能。它允許用戶使用 Python 編寫代碼，然后將代碼轉(zhuǎn)換為任何后端，用于傳統(tǒng)計算機或?qū)嶋H量子計算機（例如 IBM Q Experience）上的模擬器。

另一個比較知名的平臺是Quantum Computing Playground，這是一個由 Google 工程師團(tuán)隊在 2014 年開發(fā)的模擬環(huán)境。借助自己的腳本語言，Quantum Computing Playground 可以運行多種算法并有效地模擬高達(dá) 22 個量子比特的量子計算。量子計算游樂場更適合中高級用戶。

這里有太多的仿真平臺無法命名。一些平臺在大量子位上表現(xiàn)出色，例如由 Atos 和英國科學(xué)技術(shù)設(shè)施委員會提供的 Atos Quantum Learning Machine（38 qubits ），以及由 QuTech 和由荷蘭國家超級計算機支持。有些是專業(yè)平臺，例如面向化學(xué)和材料科學(xué)的 OpenFermion。此外，一些平臺對學(xué)生或初學(xué)者友好，例如Quantum User Interface（墨爾本大學(xué)）、QCircuits和Quirk，它們都模擬了小規(guī)模的量子操作并具有用戶友好的界面。最后，奇博是 Qilimanjaro 開發(fā)的基于 Python 的開源模擬器，支持 IBM、Rigetti 和 Qilimanjaro 的虛擬機。

結(jié)論

隨著風(fēng)險投資和政府撥款的涌入，量子計算正處于穩(wěn)步上升的軌道上。在任何特定時間，都會有許多項目啟動，然后完成或放棄。隨著該領(lǐng)域為當(dāng)前的超導(dǎo)和俘獲離子實施增加了更新的技術(shù)——包括光子、硅基和拓?fù)浞椒ā覀兒芸赡軙吹礁倪M(jìn)的硬件和增加對量子計算的訪問。那么，你會在量子計算機上運行哪些程序或算法？

審核編輯：郭婷