谷歌開源量子計算框架Cirq
AI 前線導讀：量子計算是不少科學家們辛勤耕耘的領域，在他們的努力下，量子計算領域有了令人驚喜的進步。在昨天舉行的第一屆量子軟體和量子機器學習國際研討會（QSML）上，Google AI Quantum 團隊釋出了 Cirq 的公開測試版，這是一款用於 NISQ 計算機的開源框架。Cirq 專注於解決近期問題，幫助研究人員瞭解 NISQ 量子計算機是否能夠解決具有實際重要性的計算問題。
在過去幾年中，量子計算領域不僅經歷了硬體方面的增長，在量子演算法方面也有長足的進步。隨著 Noisy Intermediate Scale Quantum（NISQ）計算機（具有約 50 到 100 量子位元和高保真量子門的裝置）的出現，開發用於探索這些機器強大能力的演算法變得越來越重要。在基於 NISQ 處理器設計量子演算法時，需要考慮一個常見的問題，即如何充分利用這些有限的量子裝置——使用資源來解決問題中最難的部分，而不是在演算法與硬體之間做出對映。此外，一些量子處理器具有複雜的幾何約束和其他細微差別，忽略這些將會導致錯誤或次優的量子計算。
在昨天舉行的第一屆量子軟體和量子機器學習國際研討會（QSML）上，Google AI Quantum 團隊釋出了 Cirq 的公開測試版，這是一款用於 NISQ 計算機的開源框架。Cirq 專注於解決近期問題，幫助研究人員瞭解 NISQ 量子計算機是否能夠解決具有實際重要性的計算問題。Cirq 基於 Apache 2 許可發行，可以自由修改或嵌入到商業或開源的軟體包中。
在安裝好 Cirq 後，研究人員就可以為特定的量子處理器編寫量子演算法。Cirq 為使用者提供了對量子電路的精確控制，使用原生量子門來指定量子門的行為，將這些量子門適當地放置在裝置上，並在量子硬體的約束範圍內對這些量子門進行排程。它的資料結構經過優化，可用於編寫和編譯量子電路，從而讓使用者能夠充分利用 NISQ 架構。Cirq 可以在本地模擬器上執行這些演算法，並可以輕鬆地與未來的量子硬體或更大規模的雲端模擬器整合。
這個團隊還發布了 OpenFermion-Cirq，這是一個基於 Cirq 的應用程式示例，使用了近期演算法。OpenFermion 是一個為化學問題開發量子演算法的平臺，而 OpenFermion-Cirq 是一個開源庫，將量子模擬演算法編譯成 Cirq。該庫利用了為量子化學問題構建低深度量子演算法的最新進展，幫助使用者將化學問題的細節轉變為高度優化的可以在特定硬體上執行的量子電路。例如，該庫可用於輕鬆構建量子變分演算法，用以模擬分子和複雜材料的特性。
量子計算需要進行大規模的跨行業和學術合作，才能發揮它的巨大潛力。在構建 Cirq 時，該團隊與早期採用者合作，以獲得對 NISQ 計算機演算法的反饋和見解。以下是這些早期採用者使用 Cirq 的工作成果示例：
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Zapata 計算：模擬量子自動編碼器（示例程式碼 https://github.com/zapatacomputing/cusp_cirq_demo/，視訊教程 https://youtu.be/79Hd-M_xN3Q）
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QC Ware：QAOA 實現並整合到 QC Ware 的 AQUA 平臺（示例程式碼 https://github.com/qcware/public_demos/blob/master/max_cut/max_cut_cirq.py，視訊教程 https://www.youtube.com/watch?v=pveM3j4uSTo）
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Quantum Benchmark：與 True-Q 軟體工具整合，用於評估和擴充套件硬體能力（視訊教程 https://www.youtube.com/watch?v=JWHWs7R-IRs）
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海森堡量子模擬：模擬安德森模型（https://heisenberg.xyz/news/2018/07/heisenberg-cirq/）
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劍橋量子計算：專有量子編譯器的整合（視訊教程 https://www.youtube.com/watch?v=f4jhD4J3-W8&feature=youtu.be）
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NASA：基於 QAOA 時間規劃（https://drive.google.com/open?id=1O-Ar44mJweLmVK3S1sPBrrV8X7ulB7EC）的架構感知編譯器和量子計算機模擬器（幻燈片 https://drive.google.com/open?id=1EgAzSt8eM9bfRvGqrZ2LQa9rC0diu1tJ）
要了解更多資訊，請訪問上面給出的連結，很多采用者提供了示例程式碼。
該團隊正在使用 Cirq 建立可在谷歌 Bristlecone 處理器上執行的電路。在未來，Bristlecone 處理器將會被部署到雲端，而 Cirq 將成為使用者為該處理器編寫程式的介面。
Cirq 程式碼庫地址：https://github.com/quantumlib/Cirq
OpenFermion-Cirq 程式碼庫地址：https://github.com/quantumlib/OpenFermion-Cirq
英文原文：
https://ai.googleblog.com/2018/07/announcing-cirq-open-source-framework.html