在家就能使用量子计算？这几个云平台带你入门量子编程

光子盒研究院出品

量子计算行业正在蓬勃发展，预计到 2035 年将产生近 7000 亿美元的价值，但技术工人的短缺可能会阻碍进展。

目前，每三个量子职位空缺只能提供一名合格的量子候选人。根据麦肯锡的一项研究，预计情况只会恶化， 预计到 2025 年只有不到 50% 的量子计算工作 得到填补，除非采取重大干预措施。

世界经济论坛 (WEF) 指出，这种短缺已经影响到科技行业， 目前有超过一半的量子公司正在招聘 但难以找到具备合适技能的候选人。该研究所警告说，未来二十年量子工作岗位将呈指数级增长，量子技术的初创公司已经在各大洲涌现。

因此在国内外许多踏足量子领域的顶级企业企业都致力于解决这一技能差距并建立专业化的劳动团队。

l 本源量子云平台——完善的量子计算应用与学习

让我们从国内知名量子企业--本源量子入手了解量子计算的应用方向以及演示，本源量子云提供真实量子计算、量子计算模拟器和超-量混合计算后端接入，为开发者提供基础软件与开发工具，为生物化学、金融科技、大数据、机器学习等先进企业提供行业应用服务。

目前平台主要提供投资组合优化、期权计算器、量子期权定价、图像识别、CQFD、真实量子计算服务、模拟量子计算服务等，以期权计算量子应用服务为例，在本源量子云平台点击期权计算器，填写需要计算的期权信息：

点击计算后约5秒就可以得到以下结果：可以清楚的看到，在以往需要花费大量时间计算的期权费，通过量子计算的应用，在几秒内就可以计算精确结果。

进一步的，如果想用量子计算解决更多问题，可以与本源量子进行合作或是加入其旗下学习平台本源溯知，目前课程限免，从0到1开始学习量子计算编程。目前中国计算机学会（CCF)、本源量子、国家超级计算郑州中心、国家移动云能力中心共同举办第二届“司南杯”量子计算编程挑战赛，可供相关人才参与。

l 中科院量子信息与量子科技创新研究院量子计算云平台——一个承载现在与未来的实验室

该平台是一个集实验（平台有实体量子计算物理机）、交流（关键量子计算技术和前沿研究结果）、分享（量子计算知识普及）为一体的公共平台信息系统。希望给广泛的用户提供一个权威、多元和互动的量子计算科技社区，并带动更多的量子物理爱好者、科研和工业用户利用此平台探索量子计算在各个方面的研究和应用。同时也给客户提供更多的量子计算相关的仪器设备信息以带动量子计算 技术的产业化和国产化，为推动建立健康发展的量子计算生态系统而努力

该平台提供12比特超导计算试验环境，使用者不需要编程背景就可以使用图表编程学习量子编程，通过抓放指令进行量子线路操作工具就可以在其量子物理机上进行实验操作。

实验“运行”之后，界面将可视化每一个量子比特的状态，但要注意的是，每运行一次实验，将消耗积分。实验操作台左上角的实验参考数表示了关于量子计算机各参数值、比特保真度等。比特门分为单比特门和双比特门，鼠标悬停后可以看到对应的矩阵。下方纵轴上的Q1-Qxx代表了比特数目，横轴上的数字表示量子线路深度。

实验步骤也非常清晰明了：

第一步，进入试验区后点击右上角新建实验。所有比特的初始状态为∣∣ 00…0⟩⟩，0的个数为本次实验所使用的比特数。

第二步，拖拽逻辑门控制量子电路，比特门有15个单比特逻辑门以及1个两比特逻辑门。

第三步，实验操作设置完后，拖拽右上角的“测量”进入线路，一次实验至少要有一个测量。

第四步， 点击运行，即可开始测量

第五步， 选择测量重复次数。每运行一次，便可以获得一个测量结果。多次运行，可以获得概率分布图。

如果对中科院量子信息与量子科技创新研究院量子计算云平台的更多内容感兴趣可以登陆其平台，查看Quingo指令集用户手册以及QCIS用户手册等资料哦，除此之外，量子云平台已成功举办过量子计算挑战者杯大赛，未来还会举办相关的竞赛，持续探索建立产学研合作。

除以上国内云平台外，国外三大全球顶尖公司——Quantinuum、微软Azure和英特尔也建立了相关的云平台和体系化的量子编程学习方案，更有助于量子编程者接触底层逻辑和最新技术。

l Quantinuum InQuanto pytket编程工具——基于 Python 的量子化学软件平台

Pytket 框架是用于开发和执行门级量子计算的软件平台，其提供的用户手册面向已经通过电路模型熟悉量子计算基础知识并希望探索 tket 中可用工具的读者。它提供了一个全面的、以功能为中心的平台之旅，从“Hello world”到使用先进技术来加速和提高量子实验的准确性。

用Pytket进行电路构造——基本门为例，在tket平台安装相关文件包之后

第一步需要我们定义所使用的数据单元集（量子位和位）Circuit：

第二步为与对象的大部分交互Circuit将建立要运行的指令序列。最简单的方法是按执行顺序将每条指令添加到电路的末尾。基本量子门表示应用于某些量子位的一些酉操作。将它们添加到Circuitjust 需要指定要将它们应用到哪些量子位。对于受控门，惯例是首先给出控制量子位，然后是目标量子位。

第三步对于参数化门，例如旋转，参数总是首先给出。由于旋转的角度由分数给出的普遍存在π在实际的量子计算中，所有角度参数的单位都是半圈（1半圈等于π弧度）。

可以通过这种方式获得大量常用门，如该类的 API 参考中所列Circuit。但是，对于不太常用的门，可以使用枚举获得更多种类OpType，可以使用方法添加Circuit.add_gate。

该类的 API 参考OpType详细说明了电路中可能存在的所有可用操作。

以上步骤就简单的构建了一个基本门电路，更多内容可以参考Quantinuum InQuanto pytket用户手册。

应用方面，目前科研团队已使用 InQuanto 对以富马酸盐金属络合物中的 CO2 吸附问题为主题进行了模拟。展示了 InQuanto 有助于开发对应对气候变化具有重要意义的下一代吸附材料的可能性。同时该平台也与宝马集团、jsr公司、三井产物等知名企业达成了相关合作

l Azure Quantum量子计算云平台——一体化学习平台、多种学习示例

Azure Quantum 是 Azure 的云量子计算服务，具有多种量子解决方案和技术。Azure Quantum 确保开放、灵活且面向未来的量子计算路径，以适应用户的工作方式、加速用户的进步并保护用户的技术投资。

目前Azure Quantum账户可以免费注册，如果是学生则可以免费试用

借助 Azure Quantum，研究人员和企业可以使用量子计算对风险管理、网络安全、网络分析、数据搜索、疫苗开发或材料科学中的复杂场景进行建模。支持 Cirq、Qiskit 和 Q#。可以使用熟 Azure 平台来学习如何开发量子算法以及如何在来自多个提供商的真实硬件上对其进行编程和运行。

目前Azure Quantum提供量子资源估算、量子模拟、量子加速以及量子机器等的算法学习，此处展示资源估算，估算用 Q# 和 Python 编写的容错量子计算机上乘法器的成本输出结果示例：

更多模型建立和编程示例可以访问Azure Quantum平台进行学习。

l 英特尔 sdk——Quantum在普通计算机上模拟量子环境进行编写

“英特尔量子 SDK 可帮助程序员为未来的大型商用量子计算机做好准备。它不仅可以帮助开发人员学习如何在模拟中创建量子算法和应用程序，还将通过创建一个开发人员社区来推动行业发展，从而加速应用程序的开发，以便他们在英特尔的量子硬件可用时做好准备。”

—— Anne Matsuura，英特尔实验室量子应用与架构总监

借助 Intel 的这款新 量子SDK，开发人员现在有机会体验其中的虚拟表现形式。它是使用低级虚拟机编译器用 C++ 编写的，因此开发人员可以轻松地将量子程序集成到他们现有的应用程序中。该开发套件已经在今年（2023年）上市。

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