主题 : 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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0 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

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,让开发者能够编写量子程序,在当前的量子模拟器上调试,并能够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50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。
他的工作职责就是继续研究数学,没有任何附加条件。
正是在这种开放的工作环境下,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:“我们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,这些技术将让更多开发者充分利用量子计算的力量。
这些进展包括一种与Visual Studio深度集成,同时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,后来的门徒在上世纪70年代获得了资助和支持。即使在现在,专家也用“神奇状态”来描述量子计算理论和实践中的一些元素。
虽然量子计算让人联想到神秘事物,但是专家认为量子计算有很多实用的好处,因为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才能完成的计算,而这意味着人们可以解答之前无解的科学难题。
研究人员表示,量子计算最终将被用来解决全球社会面临的最棘手的问题——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情况下进行开发工作。她说:“量子计算机能够对自然进行建模,而通过经典计算机,我们并不能真正了解这些流程。”
专家认为,拓扑量子计算机最早的用途之一就是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第一个支持Freedman进一步研究量子计算。他认为,如果量子计算能够把Cortana数字助理算法训练的时间从一个月缩短到一天,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的速度也会提高30倍。”他目前仍深入参与该项目。
对于Freedman来说,看到毕生研究的理论数学模型变成一个能够解决之前无解问题的真正计算平台,确实“非常激动”。他的大部分职业生涯都在没有任何附加条件地探索理论数学(或者更具体地说,就是拓扑节理论),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,他很少思考自己的工作可能会产生哪些改变生活的影响。他说:“许多人问我是什么激励着我?是想要治愈疾病、设计新材料、保护环境?事实上,跟这些都无关。目前在这个项目中,我唯一关心的就是让量子计算机运行起来。”
从理论到实践
Freedman所面临的一个挑战是:微软不只对开发可在实验室展示的量子计算机感兴趣,还启动了完整的拓扑量子计算系统的交付计划,包括从能够持续运行需要数万个量子位计算的硬件,到可以编程并控制量子计算机的完整软件栈。

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:“我们在做各种工作,从物理到控制面板,到运行计算机的软件,到有趣的事情(例如量子化学)所需的算法,再到个性化医疗和应对气候挑战。”微软甚至有一个专注于后量子世界密码学和安全性研究的项目,并且正和整个行业一起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,想让他支持自己的量子计算理念时,Mundie说,量子计算有些低迷。
多年来物理学家一直在谈论开发量子计算机的可能性,努力开发一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。对于那些仅使用最低精确度的物理量子位的研究人员来说,大约需要1000个物理量子位才能组成一个“逻辑”量子位,这种量子位非常可靠,足以用于任何真正有用的计算。问题在于,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,就是它们不再是可用于计算的物理状态。
Freedman表达了他一直以来探索的量子位理念,即拓扑量子位会变得更加稳健。因为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,物质的拓扑状态就是电子可被分解、并出现在系统不同地方的状态。一旦电子被分解,就很难被干扰,因为你必须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。因为量子位更强健,并且也有内置容错功能。它将使设计一台可扩展、有用设备的任务变得更容易。他说:“计算本身已经改变了社会和经济的方方面面,我意识到,如果创造出能够改变这些基本构建块的新型计算,就能够完成过去五六十年才能完成的计算。”
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太牛逼,了解
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