谷歌开源量子计算框架Cirq

AI 前线导读：量子计算是不少科学家们辛勤耕耘的领域，在他们的努力下，量子计算领域有了令人惊喜的进步。在昨天举行的第一届量子软件和量子机器学习国际研讨会（QSML）上，Google AI Quantum 团队发布了 Cirq 的公开测试版，这是一款用于 NISQ 计算机的开源框架。Cirq 专注于解决近期问题，帮助研究人员了解 NISQ 量子计算机是否能够解决具有实际重要性的计算问题。
 

在过去几年中，量子计算领域不仅经历了硬件方面的增长，在量子算法方面也有长足的进步。随着 Noisy Intermediate Scale Quantum（NISQ）计算机（具有约 50 到 100 量子比特和高保真量子门的设备）的出现，开发用于探索这些机器强大能力的算法变得越来越重要。在基于 NISQ 处理器设计量子算法时，需要考虑一个常见的问题，即如何充分利用这些有限的量子设备——使用资源来解决问题中最难的部分，而不是在算法与硬件之间做出映射。此外，一些量子处理器具有复杂的几何约束和其他细微差别，忽略这些将会导致错误或次优的量子计算。

在昨天举行的第一届量子软件和量子机器学习国际研讨会（QSML）上，Google AI Quantum 团队发布了 Cirq 的公开测试版，这是一款用于 NISQ 计算机的开源框架。Cirq 专注于解决近期问题，帮助研究人员了解 NISQ 量子计算机是否能够解决具有实际重要性的计算问题。Cirq 基于 Apache 2 许可发行，可以自由修改或嵌入到商业或开源的软件包中。

在安装好 Cirq 后，研究人员就可以为特定的量子处理器编写量子算法。Cirq 为用户提供了对量子电路的精确控制，使用原生量子门来指定量子门的行为，将这些量子门适当地放置在设备上，并在量子硬件的约束范围内对这些量子门进行调度。它的数据结构经过优化，可用于编写和编译量子电路，从而让用户能够充分利用 NISQ 架构。Cirq 可以在本地模拟器上运行这些算法，并可以轻松地与未来的量子硬件或更大规模的云端模拟器集成。

这个团队还发布了 OpenFermion-Cirq，这是一个基于 Cirq 的应用程序示例，使用了近期算法。OpenFermion 是一个为化学问题开发量子算法的平台，而 OpenFermion-Cirq 是一个开源库，将量子模拟算法编译成 Cirq。该库利用了为量子化学问题构建低深度量子算法的最新进展，帮助用户将化学问题的细节转变为高度优化的可以在特定硬件上运行的量子电路。例如，该库可用于轻松构建量子变分算法，用以模拟分子和复杂材料的特性。

量子计算需要进行大规模的跨行业和学术合作，才能发挥它的巨大潜力。在构建 Cirq 时，该团队与早期采用者合作，以获得对 NISQ 计算机算法的反馈和见解。以下是这些早期采用者使用 Cirq 的工作成果示例：

• Zapata 计算：模拟量子自动编码器（示例代码 https://github.com/zapatacomputing/cusp_cirq_demo/，视频教程 https://youtu.be/79Hd-M_xN3Q）

• QC Ware：QAOA 实现并集成到 QC Ware 的 AQUA 平台（示例代码 https://github.com/qcware/public_demos/blob/master/max_cut/max_cut_cirq.py，视频教程 https://www.youtube.com/watch?v=pveM3j4uSTo）

• Quantum Benchmark：与 True-Q 软件工具集成，用于评估和扩展硬件能力（视频教程 https://www.youtube.com/watch?v=JWHWs7R-IRs）

• 海森堡量子模拟：模拟安德森模型（https://heisenberg.xyz/news/2018/07/heisenberg-cirq/）

• 剑桥量子计算：专有量子编译器的集成（视频教程 https://www.youtube.com/watch?v=f4jhD4J3-W8&feature=youtu.be）

• NASA：基于 QAOA 时间规划（https://drive.google.com/open?id=1O-Ar44mJweLmVK3S1sPBrrV8X7ulB7EC）的架构感知编译器和量子计算机模拟器（幻灯片 https://drive.google.com/open?id=1EgAzSt8eM9bfRvGqrZ2LQa9rC0diu1tJ）

要了解更多信息，请访问上面给出的链接，很多采用者提供了示例代码。

该团队正在使用 Cirq 创建可在谷歌 Bristlecone 处理器上运行的电路。在未来，Bristlecone 处理器将会被部署到云端，而 Cirq 将成为用户为该处理器编写程序的接口。

Cirq 代码库地址：https://github.com/quantumlib/Cirq

OpenFermion-Cirq 代码库地址：https://github.com/quantumlib/OpenFermion-Cirq

英文原文：

https://ai.googleblog.com/2018/07/announcing-cirq-open-source-framework.html