圖片來源：pixabay

當前，量子計算研究人員和愛好者必須要了解量子編程。然而，很快他們(men) 將僅(jin) 僅(jin) 需要一個(ge) 量子應用商店和一行代碼。量子應用商店不是手機中那種應用程序商店，而是類似於(yu) 當今的代碼存儲(chu) 庫，例如GitHub（一種數字代碼庫，軟件開發者在其中可以將自己編寫(xie) 的代碼分享給其他人）。並且在不久的將來，開發者可以在其中放入他們(men) 的代碼，從(cong) 而調用量子計算機來處理常規計算機無法完成的特定任務。

我預計量子計算機將經曆與(yu) 傳(chuan) 統計算機這幾十年來相同的發展階段，但相比之下其發展速度要快得多（或將在十年之內(nei) ）。

十年前，隻有幾十個(ge) 研究小組可以進行量子編程。2016年，IBM發布了在線平台Quantum Experience，使每個(ge) 人都可以通過雲(yun) 免費訪問量子處理器，這一數字在一周之內(nei) 就增長到數千。四年後，進行量子算法實驗的程序員數量達到了數十萬(wan) 人。量子算法實驗又被稱作量子電路，即定義(yi) 數據操作和量子計算機工作命令的一係列指令。很快，IT界數百萬(wan) 軟件開發者將開始著手這項工作，並設計出可供所有人使用的大量量子電路。

這種演變將與(yu) 傳(chuan) 統計算機過去幾十年的發展階段類似，但是要快得多（十年之內(nei) ）。還記得艾倫(lun) ·圖靈嗎？他於(yu) 1936 年發展了軟件理論，開啟了計算機科學和軟件工程。四十年後，仍然隻有那些知道如何編寫(xie) 軟件的人才能使用大型計算機。1970年代，當IBM與(yu) 蘋果等公司開始製造銷售第一代個(ge) 人計算機時，仍通常是由軟件愛好者來編寫(xie) 可運行的應用程序。

但是很快，軟件業(ye) 務開始占據主導地位，並且隨著個(ge) 人計算機越來越普及，用戶可以在不具備過硬計算機星空体育官网入口网站的情況下組建自己的軟件棧。我們(men) 在2000年代的移動設備上看到了同樣的情況：沒多久，沒有編程經驗的人們(men) 也可以創建應用和設計網站。如今，他們(men) 要做的就是將簡單的代碼行輸入到模板程序中，而後台會(hui) 自動運行。

量子計算機的發展也是一樣。首先是發燒友程序員；然後是開發者；最終形成具有開源和版權保護的量子電路存儲(chu) 庫或代碼庫，成為(wei) 當今軟件生態係統的自然的擴展。

接下來一步不可避免，這也是許多公司和大學實驗室過去幾年的重點關(guan) 注點：構建量子位。這些量子信息的基本單位類似於(yu) 我們(men) 更熟悉的經典計算機中的位，即值可以為(wei) 1或0（真或假）的簡單二進製數字。量子位則可以處於(yu) 0和1的疊加狀態。在我們(men) 的日常生活中，除了波，我們(men) 看不到任何物體(ti) 的疊加。但在極其微小的範圍內(nei) ，粒子可以同時處於(yu) 多種狀態。具有兩(liang) 個(ge) 自旋方向的原子核可以做到這一點，具有兩(liang) 個(ge) 極化方向的光子可以做到這一點——而對於(yu) IBM量子計算機來說，量子位通過超導電流製成。

如今的量子位還沒有足夠高的性能表現來讓量子計算機在實際任務中勝過傳(chuan) 統計算機。但量子計算機正在迅速進化。我們(men) 在製作量子位的技術方麵已經非常成熟，後續步驟的理論也很紮實。我們(men) 正在研究製造噪聲極低（盡可能不受外部幹擾影響）量子位的路線圖。任何噪聲都會(hui) 破壞量子域，使脆弱的疊加態坍縮為(wei) 量子位的最終狀態（始終為(wei) 0或1）。這類低噪量子位一旦達到足夠數量（幾百個(ge) ），我們(men) 就能應用特定的糾錯代碼來修複或減輕剩餘(yu) 的問題，使其能夠運行更複雜的量子電路。

當僅(jin) 有的幾十個(ge) 量子位將我們(men) 限製在中等規模的電路時，全世界的量子愛好者就已經開始使用IBM Quantum Experience來創建可在量子計算機上運行的代碼。他們(men) 使用Qiskit（我們(men) 在2017年推出的開源軟件開發工具包）進行編程從(cong) 而創建電路。Qiskit用戶已經設計了數十億(yi) 個(ge) 量子電路。在5月初IBM的Digital Think會(hui) 議上，來自45個(ge) 國家的近2,000人參加了我們(men) 的量子挑戰賽。挑戰者通過IBM Cloud使用18個(ge) IBM 量子係統，每天在量子硬件上運行的電路超過10億(yi) 條。

今天，這些量子愛好者必須了解量子編程、門和電路。否則，他們(men) 無法為(wei) 量子計算機編寫(xie) 代碼，也無法創建或使用量子電路。但這隻是暫時的，因為(wei) 我們(men) 仍處於(yu) 量子計算機時代的起步階段。開發者為(wei) 自己的特定目的（從(cong) 機器學習(xi) 到優(you) 化和科學計算）設計越來越多的電路隻是時間問題。這使得量子電路存儲(chu) 庫將受益所有人。你隻需要用任何編程語言編寫(xie) 一行代碼，係統就會(hui) 將其匹配到存儲(chu) 庫中的電路，並通過連接量子位的超導線找到具有最佳芯片配置的量子計算機。

無摩擦量子計算。隻需一行代碼，便可以通過雲(yun) 在你的機器上獲得結果，而在用戶不可見的後台，量子的奧秘將以疊加、糾纏和幹涉的形式展現。

如果你問我這一願景還有多遠：未來將至。

作者：Dario Gil是IBM Research的主管，該實驗室是全球最大、最有影響力的企業(ye) 研究型實驗室之一，在六大洲的19個(ge) 地點擁有3000多名科學家。他領導IBM的創新工作，引導AI，雲(yun) ，量子和探索性科學領域的研究策略，是COVID-19高性能計算聯盟的創始人和聯合主席。

翻譯：劉哲人

審校：馬曉彤

引進來源：科學美國人

引進鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/the-quantum-app-store-is-coming/


關(guan) 注【深圳科普】微信公眾(zhong) 號，在對話框：
回複【最新活動】，了解近期科普活動
回複【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】，了解最新科普研學營
回複【科普課堂】，了解最新科普課堂
回複【科普書(shu) 籍】，了解最新科普書(shu) 籍
回複【團體(ti) 定製】，了解最新團體(ti) 定製活動
回複【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】，學習(xi) 觀鳥相關(guan) 科普星空体育官网入口网站
回複【博物學院】，了解更多博物學院活動詳情