Classiq首席技术官Yehuda Naveh：量子软件开发仍处于起步阶段

北京时间6月29日消息（余予）Classiq 的联合创始人兼首席技术官Yehuda Naveh 博士日前在Forbes发表观点。他认为，量子革命过程中，软件和硬件同等重要，然而现在，量子软件开发仍处于起步阶段。

随着量子技术在全球范围的趋势变化，IBM、英特尔、谷歌、霍尼韦尔、Xanadu、IonQ、Rigetti 和阿里巴巴等公司展开一场比拼，竞相打造更强大的量子计算机。他们这样做似乎是有充分理由的。量子计算对众多领域有着巨大影响，从网络安全到金融、从供应链到制药、从国防到天气预报。

量子计算机包括量子比特和量子门。公司从多个方面展开竞争，量子位的数量及连接、可用门的类型、容错率、工作温度等等，其进展速度令人眼花缭乱。例如，IBM于2020年提供了65 个量子比特的量子计算机，并预计2021年将推出433 个量子比特量子计算机，2023 年超1000 个量子比特量子计算机。

硬件只是图片的一部分

软件同硬件一样，在推动量子革命方面至关重要。

在经典计算中，如果没有操作系统和用于开发应用程序的软件工具，现代CPU几乎毫无用处，我们可以假设量子计算机也是如此。如果没有强大的软件，量子计算将无法兑现其承诺。

然而，今天，量子软件开发还处于起步阶段。微软的Q#、IBM的Qiskit或谷歌的Cirq等量子编程语言主要在量子门或构建块级别上运行。若所需的构建块尚未实现，用户则需要指定量子比特和量子门之间互连的确切顺序。

这一过程类似于通过费力地放置"and"、"or" 和"not"逻辑门来创建数字电路。当有几十个逻辑门时，它工作得相当好，但如果有数千或者数万个逻辑门，则无法实现。

量子团队组建

编写量子软件之所以复杂还有另一个原因：很难找到量子软件工程师。量子编程不同于经典编程，量子软件工程师属于稀有人才。编写量子软件需要量子信息理论方面的专家，需要对量子物理学有深入的理解并且精通线性代数。

现今，这类工程师大多数是顶尖大学的博士生。公司发现他们很难为其新创建的量子团队配备人员。

除此之外，量子软件工程师缺乏期权定价、分子生物学、供应链优化等专业知识，而将特定领域的专家整合到团队中也存在难度。

大局观

如果您拍了一张漂亮的度假照片，但又想让日落的颜色看起来更加生动，那么您可能不想逐个像素地这样做，尤其是当您的照片具有数百万个像素时。您更喜欢使用 Photoshop 或其他图片编辑软件，它们允许您指定要完成的工作，然后弄清楚如何逐个像素地实现它。

同样，如果您的团队成员开发了一种新的量子算法，他们不想逐门编码、调试和维护它。他们需要一种高级语言来将新概念转化为门级实现。

我们以前在哪里见过？

早些时候，我们将量子编程与数字电路设计进行了类比。数字电路设计的演变可以作为解决量子软件问题的灵感。

随着数字电路变得越来越复杂，像VHDL（通用硬件描述语言）之类的设计语言就派上了场。使用VHDL、Verilog和类似的硬件描述语言，设计人员编写人类可读的代码来描述他们想要实现的目标，然后让计算机程序将这种高级描述转换为详细的门互连。

这些语言使设计真正复杂的电路并有效地调试和维护它们成为可能。

除此之外，高级语言还促进代码重用，因此不需要每次都重新编写新代码。

期待与建议

我相信我们将开始看到类似 VHDL 的方法应用于量子计算。虽然量子的语言结构可能与电子设计的语言结构有很大不同，但这种“量子算法设计”的概念是相同的，即专注于意图，让复杂的计算机程序将其翻译成量子比特和门。

从优秀的VHDL历史中，我们能够有所收获和见解。我预计量子比特会发展得更快，其不确定性也将减少。

为了能为量子革命和这些新的软件平台做好准备，我建议公司：

• 向特定领域的专家介绍量子计算的概念，但不一定要求他们学习这方面编程。

• 避免一头扎进量子比特、量子门。首先，创建一个可读的高级描述，并说明您的量子算法需要做什么。

• 继续寻找能够将高级建模语言转化为优化的低级量子代码的平台的市场。

如果软件没有重大进展，量子计算将停滞不前。量子算法设计软件不仅可以在更先进的机器上实现更复杂的算法，而且还可以扩大可用的劳动力库，使特定领域的专家可以和博士级量子工程师一起工作。

通过集成硬件、软件和研究人员，我们可以兑现量子计算的巨大承诺。

附：Yehuda Naveh 博士，Classiq 的联合创始人兼首席技术官。在加入Classiq之前，他在IBM Research致力于CAD技术和量子计算。

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