北京時間6月29日消息(余予)Classiq 的聯合創(chuàng)始人兼首席技術官Yehuda Naveh 博士日前在Forbes發(fā)表觀點。他認為,量子革命過程中,軟件和硬件同等重要,然而現在,量子軟件開發(fā)仍處于起步階段。
隨著量子技術在全球范圍的趨勢變化,IBM、英特爾、谷歌、霍尼韋爾、Xanadu、IonQ、Rigetti 和阿里巴巴等公司展開一場比拼,競相打造更強大的量子計算機。他們這樣做似乎是有充分理由的。量子計算對眾多領域有著巨大影響,從網絡安全到金融、從供應鏈到制藥、從國防到天氣預報。
量子計算機包括量子比特和量子門。公司從多個方面展開競爭,量子位的數量及連接、可用門的類型、容錯率、工作溫度等等,其進展速度令人眼花繚亂。例如,IBM于2020年提供了65 個量子比特的量子計算機,并預計2021年將推出433 個量子比特量子計算機,2023 年超1000 個量子比特量子計算機。
硬件只是圖片的一部分
軟件同硬件一樣,在推動量子革命方面至關重要。
在經典計算中,如果沒有操作系統(tǒng)和用于開發(fā)應用程序的軟件工具,現代CPU幾乎毫無用處,我們可以假設量子計算機也是如此。如果沒有強大的軟件,量子計算將無法兌現其承諾。
然而,今天,量子軟件開發(fā)還處于起步階段。微軟的Q#、IBM的Qiskit或谷歌的Cirq等量子編程語言主要在量子門或構建塊級別上運行。若所需的構建塊尚未實現,用戶則需要指定量子比特和量子門之間互連的確切順序。
這一過程類似于通過費力地放置"and"、"or" 和"not"邏輯門來創(chuàng)建數字電路。當有幾十個邏輯門時,它工作得相當好,但如果有數千或者數萬個邏輯門,則無法實現。
量子團隊組建
編寫量子軟件之所以復雜還有另一個原因:很難找到量子軟件工程師。量子編程不同于經典編程,量子軟件工程師屬于稀有人才。編寫量子軟件需要量子信息理論方面的專家,需要對量子物理學有深入的理解并且精通線性代數。
現今,這類工程師大多數是頂尖大學的博士生。公司發(fā)現他們很難為其新創(chuàng)建的量子團隊配備人員。
除此之外,量子軟件工程師缺乏期權定價、分子生物學、供應鏈優(yōu)化等專業(yè)知識,而將特定領域的專家整合到團隊中也存在難度。
大局觀
如果您拍了一張漂亮的度假照片,但又想讓日落的顏色看起來更加生動,那么您可能不想逐個像素地這樣做,尤其是當您的照片具有數百萬個像素時。您更喜歡使用 Photoshop 或其他圖片編輯軟件,它們允許您指定要完成的工作,然后弄清楚如何逐個像素地實現它。
同樣,如果您的團隊成員開發(fā)了一種新的量子算法,他們不想逐門編碼、調試和維護它。他們需要一種高級語言來將新概念轉化為門級實現。
我們以前在哪里見過?
早些時候,我們將量子編程與數字電路設計進行了類比。數字電路設計的演變可以作為解決量子軟件問題的靈感。
隨著數字電路變得越來越復雜,像VHDL(通用硬件描述語言)之類的設計語言就派上了場。使用VHDL、Verilog和類似的硬件描述語言,設計人員編寫人類可讀的代碼來描述他們想要實現的目標,然后讓計算機程序將這種高級描述轉換為詳細的門互連。
這些語言使設計真正復雜的電路并有效地調試和維護它們成為可能。
除此之外,高級語言還促進代碼重用,因此不需要每次都重新編寫新代碼。
期待與建議
我相信我們將開始看到類似 VHDL 的方法應用于量子計算。雖然量子的語言結構可能與電子設計的語言結構有很大不同,但這種“量子算法設計”的概念是相同的,即專注于意圖,讓復雜的計算機程序將其翻譯成量子比特和門。
從優(yōu)秀的VHDL歷史中,我們能夠有所收獲和見解。我預計量子比特會發(fā)展得更快,其不確定性也將減少。
為了能為量子革命和這些新的軟件平臺做好準備,我建議公司:
• 向特定領域的專家介紹量子計算的概念,但不一定要求他們學習這方面編程。
• 避免一頭扎進量子比特、量子門。首先,創(chuàng)建一個可讀的高級描述,并說明您的量子算法需要做什么。
• 繼續(xù)尋找能夠將高級建模語言轉化為優(yōu)化的低級量子代碼的平臺的市場。
如果軟件沒有重大進展,量子計算將停滯不前。量子算法設計軟件不僅可以在更先進的機器上實現更復雜的算法,而且還可以擴大可用的勞動力庫,使特定領域的專家可以和博士級量子工程師一起工作。
通過集成硬件、軟件和研究人員,我們可以兌現量子計算的巨大承諾。
附:Yehuda Naveh 博士,Classiq 的聯合創(chuàng)始人兼首席技術官。在加入Classiq之前,他在IBM Research致力于CAD技術和量子計算。
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