量子即未来：微软发布量子开发工具包免费预览版

编者按：今年的9月25日，微软在Ignite大会上展示了拓扑量子位以及硬件软件生态系统开发方面取得的进展，发布了为驾驭量子计算机而专门优化的新的编程语言。量子计算机将会是革命性的，昨天，微软刚刚发布的"量子开发工具包"的免费预览版本将会帮助更多想学习量子计算机编程的开发人员领略量子计算的魅力。

12月11日，微软发布了"量子开发工具包"的免费预览版本，其中包括专为量子计算开发的Q#编程语言、一款量子计算模拟器，以及能够帮助到量子程序开发者的其他资源。

微软量子计算研究领导团队

在今年9月份的Ignite大会上，微软首次公布了这套量子开发工具包，其目标用户是所有有志于学习如何在量子计算机上进行编程的开发人员——无论他们是不是量子物理领域的专家。这一工具包会被深度整合到Visual Studio开发工具包中，这样一来，已经使用其它编程语言在Visual Studio上做开发的人员对这一工具包的操作也不会感到陌生。做开发时，需要与工具包中提供的本地量子模拟器协同工作，这个模拟器在普通的笔记本电脑上能模拟大约30个逻辑量子位的量子计算，可以让开发人员在自己的计算机上利用小型实例进行量子代码调试和程序测试。对于需要大规模量子计算的开发者，微软同时提供了一个基于Azure的模拟器，它可以模拟超过40个逻辑量子位的计算能力。这套工具包允许开发人员创建可立即在量子模拟器上运行的应用，而未来，不需要进行代码修改，这些应用也将能够运行在微软正在开发的能够进行通用计算的拓扑量子计算机上。

除了工具包，微软还提供了一整套文档、库和示例程序。想要探知量子系统所独有的计算特征——例如量子隐形传态——的人可以从中得到所需要的背景知识。量子隐形传态是一种利用量子纠缠（entanglement）在量子位之间安全传输信息的方法。主导量子软件和模拟器开发的微软首席研究员Krysta Svore表示："我们希望用户能通过尝试探知量子隐形传态，进而对整个量子计算产生兴趣。"

专家认为量子计算机将让科学家们得以应对世界上最棘手的挑战，比如全球粮食短缺或气候变化等。这在一定程度上要归功于量子计算机将能够在数小时甚至几分钟内完成巨大的计算量，这种计算量即使由目前最先进的常规计算机来处理，在整个宇宙寿命周期内也无法完成。

量子计算机也有望催生人工智能等领域的重大进步。例如，当前AI领域的许多突破都离不开机器学习，也就是我们向一个系统提供一组数据，让系统从中学习并识别诸如词汇、声音或物体等对象。计算机科学家们借助量子计算模拟器，已经了解到如何为这种类型的AI研究创建量子算法。在模拟器的早期测试中，他们也了解到这些量子算法如何能够更快地从数据中识别出更细微的模式，这一点可能激发语音、视觉或语言识别等领域的长足进展。借助量子计算，未来人工智能的研究潜力将是巨大的。

量子开发工具包是微软建立强大成熟的量子计算系统计划的重要组成部分，量子计算系统涵盖了从量子计算硬件到完整软件堆栈的各个方面，微软的研究人员还在开展量子计算领域的密码学和安全特性等有针对性的项目研究。

微软研究方法的核心是拓扑量子位的开发，微软的研究人员认为这是一类稳定可靠的量子位，能够为实用、可扩展的量子计算提供更好的基础。

量子计算的一大挑战在于量子位非常"挑剔"。例如，它们需要在非常低的温度下储存，否则可能会受到干扰和破坏。正因如此，大多数构建量子位的方法都需要大量的纠错，或者确保信息可靠传输的技术。但对于拓扑量子位而言，纠错过程被直接建立在量子位本身的物理机制中，这使得规模扩展和提供可靠结果变得更加容易。与其他量子系统相比，拓扑量子计算系统能用更少的量子位执行比常规计算机大几个数量级的运算。

毫无疑问，量子物理是非常复杂的。主管微软量子研发的全球资深副总裁Todd Holmdahl指出，微软的使命是解决量子物理学难题，并提供"量子开发工具包"等工具给没有量子物理学学位的开发人员使用，希望这些工具能让更多的人利用量子计算的能力。

虽然量子计算本身是有难度的，但是我们在努力让更多开发人员尽可能简便地使用这些新型工具，并可能以更快的速度做一些事情，不如先立一个小目标：花费几个小时在量子计算机上解决普通计算机10亿年才能完成的问题。想想真是有点小激动啊！