量子计算时代，微软这样准备着
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丹棱君有话说：量子计算被称为“自然赋予人类的终极计算能力”。12 年前，微软开始了将物理学与计算机科学相结合的试验性研究，并致力于最终建立任何人都可以使用的可扩展的量子计算机。2017 年，微软在 Ignite 技术大会上公布了在拓扑量子位以及硬件软件生态系统开发方面取得的进展，其中包括一种与 Visual Studio 深度集成，同时适用于量子模拟器和量子计算机的新型编程语言。微软如何在量子计算研究与实践上迈出了关键一步？且听丹棱君从研究方法、硬件和软件开发以及打造量子计算生态圈细细说来~
微软 CEO 萨提亚·纳德拉曾表示：量子计算机是未来！如今，萨提亚·纳德拉已把粮草备好，他要把量子计算作为微软战略的三大支柱之一。随着 AI 和混合/增强现实的发展，纳德拉认为微软已经可以在领域内产生重要影响，并且与其竞争对手有了差异化。
但是量子计算机的建立难度很大，12 年来，微软一直致力于和世界各地的知名大学合作，将纯物理学与计算机科学相结合，将实验观念转化为产品。微软在量子计算领域的野心很大，想要最终建立任何人都可以使用的可扩展的量子计算机。
微软量子计算机的新方法：
Majorana 粒子
微软的量子计算方法与 DWave 等公司所使用的技术不同，采用了一种新的方法来创建量子位，即整个量子计算的核心。在与大学研究人员合作中，微软一直在探索使用一种新型的粒子，即 Majorana fermion 。Marjorana 粒子在 20 世纪 30 年代后期就被提出，但是直到最近才在非常低的温度下在半导体纳米线中被检测到。
与其他量子方法相比，微软量子计算机使用的 Majorana 粒子更稳定，误码率更低，扩展了电子状态，跨越结点，处在读取状态时不太可能蒸发。这种量子计算的拓扑方法就是纳德拉所说的 “a transistor moment for quantum computers” 。虽然它可能不是最终的量子处理器，但这无疑是微软在量子计算道路上的第一步。
构建量子计算机：
低温很重要
量子计算机与我们今天使用的机器非常不同。在常规计算机中，数据“比特”只能存为 1 或 0；而在量子计算机中，量子比特则可存为同时处于 1 和 0 的叠加态，因此能同时执行多次计算。量子位需要在接近绝对零度的温度下，通过另一种专门低温的计算机来进行编程和读取结果，量子计算十分适合解决复杂问题，成千上万个问题几乎瞬时就可以计算出答案。
如何考虑低温控制器与运行在超低温量子计算机上的程序之间的关系？您可以参考深海潜水员如何在水下钻机上工作。量子计算机是井头，与世界其他地方的温度隔绝。这使得低温控制计算机相当于潜水员的加压潜水钟，程序成为外部世界的正常温度与量子冰箱的极端寒冷之间的踏脚石，就好像潜水钟为潜水员在极端工作中保驾护航。
微软的量子计算机不太可能运行在自己的数据中心。他们需要专门的冰箱来冷却由精心生长的纳米线构建的量子位。微软的大学联盟可能会分别制造每个部分，然后它们组合在一起，交付给当代的测试系统。
如何写量子代码
微软打算在 Azure 中嵌入量子硬件，运行量子模拟器来帮助测试量子代码，然后再部署到实际的量子计算机。同时微软也在开发一种新的语言来帮助开发人员在 Visual Studio 中编写量子代码。
微软研究院已经在 Liqui| >（通常称为 Liquid）的量子编程环境中进行了第一次削减，这是一套用于在具有 32 GB 内存的 PC 上模拟 30 量子位环境的工具。微软表示，在 Azure 16TB 中，您可以部署大于 40 个量子位的大型量子模拟器，尽管如此，在不加速实际量子计算机的情况下，解决问题时仍然需要很长时间。
使用 Liquid，程序员可以通过 F＃来实验关键的量子计算概念，了解如何构建算法来处理复杂的数学概念，以及了解如何使用低级错误校正算法。
微软新的量子计算语言将基于 Liquid 的经验教训来开发，但不会基于 F＃。该语言的名称尚未公布，但有趣的，是 Visual Studio 中编辑的量子代码的早期屏幕截图似乎与传统 Quick Basic 具备相同的文件扩展名。
微软研究院 Redmond Quantum 负责人 Krysta Svore 表示他们正在进行的微软量子项目的最迷人的一面是采用低级量子算法来处理实验硬件，并找到从熟悉的高级语言生成它们的方法。如果 Svore 的团队成功，程序员无需知道正在编程的量子计算机，只需将编写代码，并将其发布到 Azure 运行。
这一项目旨在使得程序员可以专注于代码，而不考虑底层量子电路。例如，程序员不需要构建量子傅立叶变换所需的连接，就可以调用 QFT 库，编写另外的代码来准备、加载和读取数据。如 Svore 所说，许多量子算法是混合，混合预处理和后处理的量子行为，会经常作为循环运行在经典的超级计算机中。AI 技术还有一个角色，使用机器学习来识别代码元素，了解它们在何处以及如何最好地工作。
开发者通向微软量子计算的道路
对 Liquid 进行实验的开发人员将能够将其应用程序带入新平台，并使用迁移工具来帮助过渡。使用基于 Azure 的量子模拟器会更有利，因为它比 PC 支持更多的量子位。同时它还允许程序员探索运行基于执行的并行性，程序员可以在同一数据上运行多遍，而不是使用更熟悉的 GPU 数据并行模型。
当程序员使用 80 量子位操作时，就可以充分感受到计算的意义。Svore 指出，无论拥有多少个量子位，量子计算机中的单个操作都需要 100 ns。在经典计算中，同样的操作需要比可见宇宙中更多的粒子，比宇宙的寿命要长。解决 100 ns 这种问题将是一个巨大的飞跃，为科学计算开辟了新的方向。
微软的量子计算工作是未来计算的一大赌注。虽然，目前这一领域的研究取得了一些成果，但是毫无疑问我们现在还停留在研究阶段。
如果微软的量子计算工作可以提供一个编程环境，让我们能够快速、反复地将困难问题转化为量子算法，同时也不必脱离之前熟悉的 IDE 和并行编程结构，那么微软将以我们无法想象的方式真正改变世界。
本文转自 IT168，原标题为“量子计算时代，微软已经全方位的准备好了！”。
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