IBM的量子部门希望开源能够引领量子计算新领域的发现之路。

QC观察丨IBM的开源量子计算框架Qiskit-量子客

  • 研究人员,科学家,学者,业余爱好者,企业 - 所有这些团体都代表着Qiskit社区,这是一个基于IBM 量子计算程序的开源框架,为每个人提供了在云中实际量子计算的访问。
  • 量子信息科学套件(Qiskit)已有一年多的历史了,它随后推出了IBM Quantum Experience,简称IBM Q Experience,这是一个将量子计算机放在云上的计划(这是第一次),因此研究人员和开发人员可以随意修补几乎全新的计算领域。
  • 自从开启Q Experience以来,业余爱好者已经使用真正的量子计算机创造了游戏和创作音乐,而科学家和研究人员正在使用量子比特来解决以前难以解决的问题。

量子执行

“Q Experience基本上是一种API,允许人们发送作业在真正的量子硬件上执行。”IBM研究人员Ali Javadi解释道。“为了便于表达,这是一个Python界面,但它已扩展到远远超过初始版本。首要目标是允许一组非常不同的人访问量子计算机。”Javadi说,量子是可以理解的,它已经引起了该领域广泛的人们的兴趣。这是一种新的工作方式,即使是IBM,也没有人能够确定这些量子实验可能带来的路径。简单地说,与只有两个二进制状态1和0的传统计算方法不同,量子比特可以同时存在于两个状态中。“开发人员可以编写量子程序,但具有特定领域专业知识的科学家也可以使用更高级别的库来表达,例如量子化学应用或量子优化应用。”Javadi说,“这些基本上是在传统计算机上很难解决的问题,我们相信量子计算机最早的应用之一就是加速解决特定领域的难题。“所以我们最近发布的这个库Qiskit Acqua的目标是让这些人在不了解量子计算的情况下,能够将其用作引擎下的加速器,加速某些任务,并熟悉用量子可以提供的功能来加速某些任务。”Javadi专长于计算机科学,特别是量子编译器。他解释说,近期量子器件的目标之一是在资源非常有限的情况下,无论是量子比特的数量还是可以应用于量子比特的操作数量。编译器根据可用资源获取用户输入并使其更有效,以获得最佳结果。

“在过去的五六年里,量子的进步非常迅速。”他说,“我们在量子领域中看到了很多兴趣,但量子是一个非常不同的计算模型,它尚未准确确定功能是什么,以及了解可以用它完成哪些任务,它是一个非常活跃的研究领域。

“将这些设备放在网上并让很多人访问这些设备的一个好处是,他们可以运行自己的程序和计算,并且可以看到:很多发现可能来自于此,仅仅通过给很多人提供访问权限。这是群众的智慧。”

这就是开源元素所适用的地方。除了科学应用之外,企业可能会对量子计算感兴趣,以优化围绕成本函数的复杂数学模型。公司开始“沾沾自喜”,期待着量子和Qiskit如何帮助他们的需求。

社区成功

自2017年推出Qiskit以来,Javadi说他认为社区参与的成功让很多人感到意外。“我认为大约有90,000人已经注册使用IBM Q Experience服务,而且Qiskit的下载量超过90,000次。” Javadi说,“总的来说,我认为通过API提交了超过五百万个工作,使用Qiskit在云端执行。”“我们很高兴的事情之一是Qiskit是开源的,所以我们从外部获得了很多代码库的贡献——我们有近70个Qiskit贡献者,当然有些是IBM员工,但很多人也来自外界,他们为这个开源软件做出了贡献。”社区会定期提交文章——到目前为止已经发布了120篇关于Qiskit的文章——以及举办一项名为IBM Q Awards的伞式项目下的教学竞赛。这些包括使用Qiskit设计最好的课程来教授量子力学的竞赛,而另一个是使用框架编写量子计算概念的最佳教程。“我们收到了一些非常好的提交。” Javadi说。“获奖者都将贡献他们的代码,因此这些代码将从基础上加强社区的建设。”

虽然通过有趣的项目(如游戏或音乐创作)更容易理解关于(通常令人困惑的)量子力学的炒作,但Javadi强调Q Experience提供的访问权限在研究领域具有极其重要的意义。

大约在五年前,进行量子实验意味着待在实验室中并胡乱修补设备上的电线。或者,研究人员将使用模拟来了解他们期望的量子力学是如何计算出来的。但现在几乎任何人都可以通过云访问真正的量子设备。

“现在实验室已经出现了,这些设备可以在线访问,做同样的工作,但只需提交一个Python脚本而不必实际完成实验室的所有工作。” Javadi解释说,“从广义上讲,这对我来说真的是最受欢迎的事情——它对科学和科学进步非常有用。它还有助于结果的可重复性。例如,如果某人发布了一些结果并说'我发现了这种核心量子力学效应',以前没有办法验证;但现在你可以说,'去这里,去运行我的代码,亲眼验证一下。”

早期阶段

显然,现在是激动人心的新领域的早期阶段,研究人员才刚刚开始发掘量子计算的应用。但在不久的将来,有可能实现巨大的增长和发现。
Javadi说:“这就是希望。在过去的几年里,这个领域有着非常好的新能源——如果你看一下量子算法的空间,我们可以用量子计算机做些非常重要的发现。这是一个非常活跃的领域,未来十年左右将会发生许多激动人心的事情。”
“我真的希望学术界能够使用这些工具,这些工具即使在我还是一名研究生时(大约在5年前)都是没有的。”“如果我想研究一些特殊效果,我必须在我的笔记本电脑上进行模拟,但现在这些设备已经可用,并且已经在它们之上构建了很多工具,比如Qiskit。这是一个非常好的学习机会,只是为了让你在课堂上学到的概念更具体——亲自运行代码并看到它运行。”

本文是《量子计算前沿》基于相关资料原创编译,并整理在量子客(Qtumist.com)上发布。

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