在本周9月25日舉辦的Ignite大會上， 微軟展示了拓撲量子位元以及硬體軟體生態系統開發方面取得的進展， 發佈了為駕馭規模化量子電腦而專門優化的新的程式設計語言， 讓開發者能夠編寫量副程式， 在當前的量子模擬器上調試， 並能夠在未來真正的拓撲量子電腦上運行。
下面是來自微軟官方的量子計算介紹文章：
在理論物理學家Richard Feynman提出量子計算概念的50多年後， 量子理論正一步步走進現實。 微軟前首席研究與戰略官Craig Mundie認為， 量子計算最終將給萬物帶來革命性的改變。
二十年前， 當Michael Freedman加盟微軟的理論研究團隊時，
他的工作職責就是繼續研究數學， 沒有任何附加條件。
正是在這種開放的工作環境下， 微軟開發出首個拓撲量子位。 微軟認為強大的量子位將成為可擴展、通用量子計算系統的基礎， 這將是量子物理學領域一次意義深遠的突破。
微軟負責量子研究的副總裁Todd Holmdahl表示：“我們為一項革命性的新技術奠定了基礎， 我非常激動。 ”
在本周（9月25日）舉辦的微軟Ignite大會上， 微軟展示了拓撲量子位元以及硬體軟體生態系統開發方面取得的進展， 這些技術將讓更多開發者充分利用量子計算的力量。
這些進展包括一種與Visual Studio深度集成， 同時適用於量子模擬器和量子電腦的新型程式設計語言。
Michael Freedman（由Brian Smale拍攝）
微軟構建量子計算生態系統的計畫基於Freedman的數學研究領域， 以及一個看似神秘的物理學分支——早期研究者曾援引哲學和靈性概念描述它， 後來的門徒在上世紀70年代獲得了資助和支持。 即使在現在， 專家也用“神奇狀態”來描述量子計算理論和實踐中的一些元素。
雖然量子計算讓人聯想到神秘事物， 但是專家認為量子計算有很多實用的好處， 因為它能讓科學家在幾分鐘、幾小時內， 完成目前最先進經典電腦用幾十億年才能完成的計算， 而這意味著人們可以解答之前無解的科學難題。
研究人員表示， 量子計算最終將被用來解決全球社會面臨的最棘手的問題——從饑餓到氣候變化。
Krysta Svore在微軟負責基於量子電腦及量子模擬器上運行的軟體發展工作， 量子模擬器能讓開發人員在實體機器尚未問世的情況下進行開發工作。 她說：“量子電腦能夠對自然進行建模， 而通過經典電腦， 我們並不能真正瞭解這些流程。 ”
專家認為，
微軟前首席研究與戰略官Craig Mundie
12年前， 時任微軟首席研究與戰略官的Craig Mundie第一個支持Freedman進一步研究量子計算。 他認為， 如果量子計算能夠把Cortana數位助理演算法訓練的時間從一個月縮短到一天，
對於Freedman來說， 看到畢生研究的理論數學模型變成一個能夠解決之前無解問題的真正計算平臺， 確實“非常激動”。 他的大部分職業生涯都在沒有任何附加條件地探索理論數學（或者更具體地說， 就是拓撲節理論）， 從某種程度上， 這引領他完成了心目中人生第一份真正的工作——構建拓撲量子位。
Freedman說， 他很少思考自己的工作可能會產生哪些改變生活的影響。 他說：“許多人問我是什麼激勵著我？是想要治癒疾病、設計新材料、保護環境？事實上， 跟這些都無關。 目前在這個專案中， 我唯一關心的就是讓量子電腦運行起來。”
從理論到實踐
Freedman所面臨的一個挑戰是：微軟不只對開發可在實驗室展示的量子電腦感興趣，還啟動了完整的拓撲量子計算系統的交付計畫，包括從能夠持續運行需要數萬個量子位元計算的硬體，到可以程式設計並控制量子電腦的完整軟體棧。
把測量線連接到一台量子設備上
微軟負責量子研究的副總裁Todd Holmdahl表示：“我們在做各種工作，從物理到控制台，到運行電腦的軟體，到有趣的事情（例如量子化學）所需的演算法，再到個性化醫療和應對氣候挑戰。”微軟甚至有一個專注於後量子世界密碼學和安全性研究的項目，並且正和整個行業一起準備量子抵抗密碼演算法。
但微軟研究的核心是拓撲量子位。
12年前，當Freedman找到Craig Mundie，想讓他支持自己的量子計算理念時，Mundie說，量子計算有些低迷。
多年來物理學家一直在談論開發量子電腦的可能性，努力開發一個擁有足夠高精確度的有效量子位，以便在開發真正可行的量子電腦中發揮作用。對於那些僅使用最低精確度的物理量子位的研究人員來說，大約需要1000個物理量子位元才能組成一個“邏輯”量子位元，這種量子位非常可靠，足以用於任何真正有用的計算。問題在於，量子位非常挑剔。即便是最輕微的擾亂，它們也會“散開”，用外行話來說，就是它們不再是可用於計算的物理狀態。
Freedman表達了他一直以來探索的量子位理念，即拓撲量子位會變得更加穩健。因為它們的拓撲性質會使其更加穩定，且能提供更多固有的防錯能力。根據定義，物質的拓撲狀態就是電子可被分解、並出現在系統不同地方的狀態。一旦電子被分解，就很難被干擾，因為你必須改變所有存儲在不同地方的資訊。
作為一位元資深超級電腦設計師和軟體工程師，Mundie立即表示他接受了量子位的理念。因為量子位更強健，並且也有內置容錯功能。它將使設計一台可擴展、有用設備的任務變得更容易。他說：“計算本身已經改變了社會和經濟的方方面面，我意識到，如果創造出能夠改變這些基本構建塊的新型計算，就能夠完成過去五六十年才能完成的計算。”
一個完整的堆疊
在Mundie的支援下，Freedman在加州聖巴巴拉建立了一個實驗室，並開始招募全球最傑出的凝聚態物質和理論物理學家、材料學家、數學家和電腦科學家，一起構建拓撲量子位。這個團隊現在擁有許多著名的量子專家，過去幾年，他們以員工身份加入微軟，包括Leo Kouwenhoven、Charles Marcus、David Reilly和Matthias Troyer。
為了創建完整的計算平臺基礎設施，微軟還同步開發用於拓撲量子計算的構建塊、軟體和程式設計語言。
Krysta Svore，在微軟負責基於量子電腦及量子模擬器運行的軟體發展工作。
在Ignite大會上，微軟宣佈了開發完整堆疊的最新里程碑——一種專為開發者設計的新的程式設計語言，能夠開發應用軟體，在當前的量子模擬器上調試，並能夠在未來真正的拓撲量子電腦上運行。
Svore表示：“目前在模擬器中運行的代碼，未來也可以運行在我們的量子電腦上。”這些新的工具是專為那些電腦技術前沿的開發者而設計的，他們也是機器學習以及其它人工智慧技術的早期採用者。即使不是量子物理學家，也可以使用。
新的程式設計語言與Visual Studio深度集成，包括進行經典計算（例如調試和自動完成）所依賴的各種工具。Svore說：“它不應與他們已經在做的東西有太大差別。”
這套工具將在年底前提供免費預覽版，函式程式庫和教程，以便開發人員熟悉量子計算。它的設計便於更高的層次上的抽象工作，沒有量子計算專業知識的開發者也能真正調用量子副程式，或者寫指令序列，最終編寫一個完整的量副程式。開發人員即日起可註冊參與微軟量子計算社區。點擊“閱讀原文”獲取註冊資訊。
個人使用者在可以類比最多需要30個邏輯量子位元能力的問題，而使用Azure的企業客戶可以類比超過40個量子位的計算能力。
在量子計算中，功率隨著邏輯量子位元數量的增加呈指數增長。一個邏輯量子位元就是演算法層面上的量子位。每個邏輯量子位元在硬體中都由一系列物理量子位來表示，以保護邏輯資訊。微軟的方法是通過更少的拓撲量子位元開發一個邏輯量子位元，使其更容易擴展。
Svore表示，擁有一種能在模擬環境中使用的程式設計語言的關鍵優勢在於：它能説明那些有興趣使用量子電腦的人解決問題，更好地瞭解如何利用量子的能力解決不同類型的問題。一旦量子計算可用，將加快利用量子計算的能力。
地球上最寒冷的地方
即使拓撲量子位預計比一般的量子位更強健，但它還是相當脆弱。保護它免受外界干擾的唯一方法就是把它放在非常非常寒冷的地方。
微軟量子計算部門架構師Douglas Carmean帶領的團隊致力於開發一個讓量子位能夠在近乎絕對零度（或30毫開爾文）條件下運行的系統架構。這是地球上最寒冷的地方，甚至比宇宙深空還要寒冷，但它能讓在室溫中工作的人和電腦進行通信。
研究人員使用稀釋冰箱，把量子設備插入一個“冰球中”，隨後它將被冷卻到毫開氏溫度
研究人員也許通過一個量子位在一個完美的實驗室中取得進展，但Carmean希望創建一個讓程式師使用的能計算數萬個邏輯量子位元的系統。他說：“我的工作職責就是把理論學家和實驗學家展示過的東西再做一次，然後在有用的形式中複製數百萬次。”
漫長旅程的開始階段已經完成
量子計算專家往往會強調兩件事，一是，他們看到的拓撲量子位最好的使用案例就是開發更好的量子計算技術；二是，這種工作的最大的樂趣就是你無法預測它會產生哪些難以置信的進步。
12年前，Mundie第一次支援Freedman的研究工作，當時他就預見——到某一階段，量子理論將轉化成工程。
在Richard Feynman提出量子計算理念的50多年後，Mundie正展望量子經濟。他相信，這種新型計算將創造一種經濟形態。就像經典計算改變了社會的方方面面一樣，他認為量子計算最終將給萬物帶來革命性的改變，這種改變開始於化學、材料和機器學習。
Mundie說：“70年來，第一次我們想要構建一個完全不同的計算系統。這不是一次增量升級或改進，而是一個性質完全不同的新事物。”
想看到更多這類內容？去APP商店搜IT之家，天天都有小歡喜。
我唯一關心的就是讓量子電腦運行起來。”從理論到實踐
Freedman所面臨的一個挑戰是：微軟不只對開發可在實驗室展示的量子電腦感興趣，還啟動了完整的拓撲量子計算系統的交付計畫，包括從能夠持續運行需要數萬個量子位元計算的硬體，到可以程式設計並控制量子電腦的完整軟體棧。
把測量線連接到一台量子設備上
微軟負責量子研究的副總裁Todd Holmdahl表示：“我們在做各種工作，從物理到控制台，到運行電腦的軟體，到有趣的事情（例如量子化學）所需的演算法，再到個性化醫療和應對氣候挑戰。”微軟甚至有一個專注於後量子世界密碼學和安全性研究的項目，並且正和整個行業一起準備量子抵抗密碼演算法。
但微軟研究的核心是拓撲量子位。
12年前，當Freedman找到Craig Mundie，想讓他支持自己的量子計算理念時，Mundie說，量子計算有些低迷。
多年來物理學家一直在談論開發量子電腦的可能性，努力開發一個擁有足夠高精確度的有效量子位，以便在開發真正可行的量子電腦中發揮作用。對於那些僅使用最低精確度的物理量子位的研究人員來說，大約需要1000個物理量子位元才能組成一個“邏輯”量子位元，這種量子位非常可靠，足以用於任何真正有用的計算。問題在於，量子位非常挑剔。即便是最輕微的擾亂，它們也會“散開”，用外行話來說，就是它們不再是可用於計算的物理狀態。
Freedman表達了他一直以來探索的量子位理念，即拓撲量子位會變得更加穩健。因為它們的拓撲性質會使其更加穩定，且能提供更多固有的防錯能力。根據定義，物質的拓撲狀態就是電子可被分解、並出現在系統不同地方的狀態。一旦電子被分解，就很難被干擾，因為你必須改變所有存儲在不同地方的資訊。
作為一位元資深超級電腦設計師和軟體工程師，Mundie立即表示他接受了量子位的理念。因為量子位更強健，並且也有內置容錯功能。它將使設計一台可擴展、有用設備的任務變得更容易。他說：“計算本身已經改變了社會和經濟的方方面面，我意識到，如果創造出能夠改變這些基本構建塊的新型計算，就能夠完成過去五六十年才能完成的計算。”
一個完整的堆疊
在Mundie的支援下，Freedman在加州聖巴巴拉建立了一個實驗室，並開始招募全球最傑出的凝聚態物質和理論物理學家、材料學家、數學家和電腦科學家，一起構建拓撲量子位。這個團隊現在擁有許多著名的量子專家，過去幾年，他們以員工身份加入微軟，包括Leo Kouwenhoven、Charles Marcus、David Reilly和Matthias Troyer。
為了創建完整的計算平臺基礎設施，微軟還同步開發用於拓撲量子計算的構建塊、軟體和程式設計語言。
Krysta Svore，在微軟負責基於量子電腦及量子模擬器運行的軟體發展工作。
在Ignite大會上，微軟宣佈了開發完整堆疊的最新里程碑——一種專為開發者設計的新的程式設計語言，能夠開發應用軟體，在當前的量子模擬器上調試，並能夠在未來真正的拓撲量子電腦上運行。
Svore表示：“目前在模擬器中運行的代碼，未來也可以運行在我們的量子電腦上。”這些新的工具是專為那些電腦技術前沿的開發者而設計的，他們也是機器學習以及其它人工智慧技術的早期採用者。即使不是量子物理學家，也可以使用。
新的程式設計語言與Visual Studio深度集成，包括進行經典計算（例如調試和自動完成）所依賴的各種工具。Svore說：“它不應與他們已經在做的東西有太大差別。”
這套工具將在年底前提供免費預覽版，函式程式庫和教程，以便開發人員熟悉量子計算。它的設計便於更高的層次上的抽象工作，沒有量子計算專業知識的開發者也能真正調用量子副程式，或者寫指令序列，最終編寫一個完整的量副程式。開發人員即日起可註冊參與微軟量子計算社區。點擊“閱讀原文”獲取註冊資訊。
個人使用者在可以類比最多需要30個邏輯量子位元能力的問題，而使用Azure的企業客戶可以類比超過40個量子位的計算能力。
在量子計算中，功率隨著邏輯量子位元數量的增加呈指數增長。一個邏輯量子位元就是演算法層面上的量子位。每個邏輯量子位元在硬體中都由一系列物理量子位來表示，以保護邏輯資訊。微軟的方法是通過更少的拓撲量子位元開發一個邏輯量子位元，使其更容易擴展。
Svore表示，擁有一種能在模擬環境中使用的程式設計語言的關鍵優勢在於：它能説明那些有興趣使用量子電腦的人解決問題，更好地瞭解如何利用量子的能力解決不同類型的問題。一旦量子計算可用，將加快利用量子計算的能力。
地球上最寒冷的地方
即使拓撲量子位預計比一般的量子位更強健，但它還是相當脆弱。保護它免受外界干擾的唯一方法就是把它放在非常非常寒冷的地方。
微軟量子計算部門架構師Douglas Carmean帶領的團隊致力於開發一個讓量子位能夠在近乎絕對零度（或30毫開爾文）條件下運行的系統架構。這是地球上最寒冷的地方，甚至比宇宙深空還要寒冷，但它能讓在室溫中工作的人和電腦進行通信。
研究人員使用稀釋冰箱，把量子設備插入一個“冰球中”，隨後它將被冷卻到毫開氏溫度
研究人員也許通過一個量子位在一個完美的實驗室中取得進展，但Carmean希望創建一個讓程式師使用的能計算數萬個邏輯量子位元的系統。他說：“我的工作職責就是把理論學家和實驗學家展示過的東西再做一次，然後在有用的形式中複製數百萬次。”
漫長旅程的開始階段已經完成
量子計算專家往往會強調兩件事，一是，他們看到的拓撲量子位最好的使用案例就是開發更好的量子計算技術；二是，這種工作的最大的樂趣就是你無法預測它會產生哪些難以置信的進步。
12年前，Mundie第一次支援Freedman的研究工作，當時他就預見——到某一階段，量子理論將轉化成工程。
在Richard Feynman提出量子計算理念的50多年後，Mundie正展望量子經濟。他相信，這種新型計算將創造一種經濟形態。就像經典計算改變了社會的方方面面一樣，他認為量子計算最終將給萬物帶來革命性的改變，這種改變開始於化學、材料和機器學習。
Mundie說：“70年來，第一次我們想要構建一個完全不同的計算系統。這不是一次增量升級或改進，而是一個性質完全不同的新事物。”
想看到更多這類內容？去APP商店搜IT之家，天天都有小歡喜。