量子即未來：微軟發布量子開發工具包免費預覽版

今年的9月25日，微軟在Ignite大會上展示了拓撲量子位以及硬體軟體生態系統開發方面取得的進展，發布了為駕馭量子計算機而專門優化的新的編程語言。量子計算機將會是革命性的，昨天，微軟剛剛發布的「量子開發工具包」的免費預覽版本將會幫助更多想學習量子計算機編程的開發人員領略量子計算的魅力。

12月11日，微軟發布了「量子開發工具包」的免費預覽版本，其中包括專為量子計算開發的Q#編程語言、一款量子計算模擬器，以及能夠幫助到量子程序開發者的其他資源。

微軟量子計算研究領導團隊

在今年9月份的Ignite大會上，微軟首次公布了這套量子開發工具包，其目標用戶是所有有志於學習如何在量子計算機上進行編程的開發人員——無論他們是不是量子物理領域的專家。這一工具包會被深度整合到Visual Studio開發工具包中，這樣一來，已經使用其它編程語言在Visual Studio上做開發的人員對這一工具包的操作也不會感到陌生。做開發時，需要與工具包中提供的本地量子模擬器協同工作，這個模擬器在普通的筆記本電腦上能模擬大約30個邏輯量子位的量子計算，可以讓開發人員在自己的計算機上利用小型實例進行量子代碼調試和程序測試。對於需要大規模量子計算的開發者，微軟同時提供了一個基於Azure的模擬器，它可以模擬超過40個邏輯量子位的計算能力。這套工具包允許開發人員創建可立即在量子模擬器上運行的應用，而未來，不需要進行代碼修改，這些應用也將能夠運行在微軟正在開發的能夠進行通用計算的拓撲量子計算機上。

除了工具包，微軟還提供了一整套文檔、庫和示常式序。想要探知量子系統所獨有的計算特徵——例如量子隱形傳態——的人可以從中得到所需要的背景知識。量子隱形傳態是一種利用量子糾纏（entanglement）在量子位之間安全傳輸信息的方法。主導量子軟體和模擬器開發的微軟首席研究員Krysta Svore表示：「我們希望用戶能通過嘗試探知量子隱形傳態，進而對整個量子計算產生興趣。」

從人工智慧到氣候變化

專家認為量子計算機將讓科學家們得以應對世界上最棘手的挑戰，比如全球糧食短缺或氣候變化等。這在一定程度上要歸功於量子計算機將能夠在數小時甚至幾分鐘內完成巨大的計算量，這種計算量即使由目前最先進的常規計算機來處理，在整個宇宙壽命周期內也無法完成。

量子計算機也有望催生人工智慧等領域的重大進步。例如，當前AI領域的許多突破都離不開機器學習，也就是我們向一個系統提供一組數據，讓系統從中學習並識別諸如辭彙、聲音或物體等對象。計算機科學家們藉助量子計算模擬器，已經了解到如何為這種類型的AI研究創建量子演算法。在模擬器的早期測試中，他們也了解到這些量子演算法如何能夠更快地從數據中識別出更細微的模式，這一點可能激發語音、視覺或語言識別等領域的長足進展。藉助量子計算，未來人工智慧的研究潛力將是巨大的。

拓撲量子計算

量子開發工具包是微軟建立強大成熟的量子計算系統計劃的重要組成部分，量子計算系統涵蓋了從量子計算硬體到完整軟體堆棧的各個方面，微軟的研究人員還在開展量子計算領域的密碼學和安全特性等有針對性的項目研究。

微軟研究方法的核心是拓撲量子位的開發，微軟的研究人員認為這是一類穩定可靠的量子位，能夠為實用、可擴展的量子計算提供更好的基礎。

量子計算的一大挑戰在於量子位非常「挑剔」。例如，它們需要在非常低的溫度下儲存，否則可能會受到干擾和破壞。正因如此，大多數構建量子位的方法都需要大量的糾錯，或者確保信息可靠傳輸的技術。但對於拓撲量子位而言，糾錯過程被直接建立在量子位本身的物理機制中，這使得規模擴展和提供可靠結果變得更加容易。與其他量子系統相比，拓撲量子計算系統能用更少的量子位執行比常規計算機大幾個數量級的運算。

毫無疑問，量子物理是非常複雜的。主管微軟量子研發的全球資深副總裁Todd Holmdahl指出，微軟的使命是解決量子物理學難題，並提供「量子開發工具包」等工具給沒有量子物理學學位的開發人員使用，希望這些工具能讓更多的人利用量子計算的能力。

雖然量子計算本身是有難度的，但是我們在努力讓更多開發人員儘可能簡便地使用這些新型工具，並可能以更快的速度做一些事情，不如先立一個小目標：花費幾個小時在量子計算機上解決普通計算機10億年才能完成的問題。想想真是有點小激動啊！