IBM借QISKit打造基于云平台的量子计算

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摘要：

IBM量子体验团队已将量子计算软件QISKit开源，根据量子计算和信息科学家Jay Gambetta的介绍，QISKit可供开发者使用Python体验IBM的云端量子处理器。

正文：

IBM量子体验（Quantum Experience）团队已将量子计算软件QISKit开源，根据量子计算和信息科学家Jay Gambetta的介绍，QISKit可供开发者使用Python体验IBM的云端量子处理器。

IBM QISKit包含三个主要组件：

• 使用Python编写的官方QISKit API客户端，可执行pip install IBMQuantumExperience安装，随后可按照下列范例使用：

  api = IBMQuantumExperience("token", config)
  qasm = 'OPENQASM 2.0;
          include "qelib1.inc";
          qreg q[5];
          creg c[5];\
          h q[0];
          cx q[0],q[2];
          measure q[0] -> c[0];
          measure q[2] -> c[1];'
  device = 'simulator'
  shots = 1024
  api.run_experiment(qasm,
                     device,
                     shots,
                     name='My First Experiment',
                     timeout=60)

QISKit客户端还可配合Jupyter Notebook使用：

import pip
def install(package):
   pip.main(['install', package])
install('IBMQuantumExperience')

• 一个Python QISKit SDK，其中包含多个由IBM Q工程师提供的用作演示和说明用途的工具。尤其是该SDK可以让我们了解如何创建进行复杂实验的多个作业，如状态层析（State tomography）、随机基准（Randomized benchmarking），以及纠缠测试（Entanglement test）。

• OPENQASM规范，其中详细介绍了Open Quantum Assembly Language 2.0及其基本资料，可以帮助我们了解由IBM推动的量子计算模型，以及进行量子实验所需的语法。

在IBM的OPENAQSM模型中，量子计算是通过下列四个步骤实现的：

• 编译（Compilation），使用经典计算机将文本模式的量子算法转换为对应的IR呈现。
• 电路生成（Circuit generation），将IR转换为一系列量子电路，量子电路则是量子程序的最基本组成部分。量子电路是由基本步骤组成的一种序列，其中不包含任何分支或过程度量。经典控制块可包含量子电路，并可根据度量结果确定程序的整体控制流，或可即时创建新的量子电路。
• 执行（Execution），该过程在量子计算机上实时进行。执行过程中，由一个高级控制器负责处理输入或来自量子电路的中间态度量，并将其放入由底层控制器执行的物理操作序列。
• 后续处理（Post-processing），依然在经典计算机上进行，会借助实时量子处理过程中进行的度量创建最终结果。

IBM量子体验旨在通过IBM云平台连接至IBM的量子计算机，供用户借此进行实验或将量子计算能力融入自己的软件程序。量子计算机与基于晶体管的经典计算机最大的不同在于，经典计算机只能使用两种状态，而由于使用了量子位（Quantum bit），量子计算机可以同时叠加更多状态。根据宣传，量子计算技术将能轻松解决传统计算机无法解决的问题，例如可用于大整数分解（密码学）、量子物理过程模拟、琼斯多项式（Jones polynomial）逼近、佩尔方程（Pell’s equation）求解等领域。对于这类问题，量子计算机可实现远超经典计算机的速度，同时也意味着目前棘手的（NP）问题尽管不会变成小菜一碟，但至少量子计算将为我们提供可行的思路。

作者：Sergio De Simone，阅读英文原文：IBM QISKit Aims to Enable Cloud-basaed Quantum Computation