国内外量子计算软件和量子计算语言

1.量子计算软件

国外量子计算软件

1.pyquil

pyquil 是美国的量子计算公司 Rigetti 开发的，可以实现量子线

路的计算模拟、含噪声的量子逻辑门计算模拟，量子芯片的云端运行等功能。Pyquil 虽然比较小众，功能相对较少，但上手比较简单。

2.Qiskit

Qiskit 是一个开放源代码量子计算软件开发框架，利用当今的量子处理器开展研究，教育和商业等工作。Qiskit 由四个相互协作以实现量子计算的元素组成。Qiskit Terra 为 Qiskit 软件栈提供了基础。Terra 采用模块化结构，简化了电路优化和后端扩展的添加。Qiskit Aer 为 Qiskit 软件栈提供了一个高性能模拟器框架。Qiskit Ignis 是一个用于理解和缓解量子电路和系统中噪声的框架。Qiskit Aqua 包含一个跨域量子算法库，可以在其上构建用于近期量子 计算的应用程序。

3.Quantum Development Kit(QDK)

Microsoft 提供了 Quantum Development Kit(量子程序开发套件，简称 QDK)，以便进行量子编程。QDK 包括：

Q#：微软推出的一种新的高级量子编程语言。Q＃具有与 Visual Studio 和 Visual Studio Code 的丰富集成以及与 Python 编程语言的互操作性。企业级开发工具提供了在 Windows，macOS 或 Linux 上进行量子编程的最快途径。

应用程序：以 Python 或.NET 语言编写，用于运行 Q#编写的量子运算程序。

用于促进开发的工具：用户可根据不同的开发环境，执行不同的安装，以进行量子程序开发。

 

4、Cirq

Cirq 是 Google 专为 NISQ 算法打造的框架，允许开发者为特定的量子处理器编写量子算法，为用户提供了对量子电路 (Quantum Circuits)的精确控制，为编写和编译量子电路，其数据结构经过专门  优化，让开发者能更加充分地利用 NISQ 架构。Cirq 支持在模拟器上运行这些算法，旨在通过云轻松与未来的量子硬件或更大的模拟器集成。

国内量子计算软件

1、QPanda

QPanda 是由本源量子开发的一个高效、便捷的量子计算开发工具库，可以用于构建、运行和优化量子算法，支持全振幅量子计算模拟、单振幅量子计算模拟和部分振幅量子计算模拟，也可用于模拟含噪声的量子逻辑门计算。同时，QPanda 通过量子逻辑门优化，量子程序适配量子芯片拓扑结构，量子程序编译等功能，实现了可把QPanda 编写的量子程序编译到不同量子计算平台。除此之外， QPanda 也集成了很多主流的量子算法，是量子计算学习及量子算法验证的有力工具。

2、HiQ

华为 HiQ 是用于量子计算的开源软件框架。它旨在提供使用经典硬件或实际量子设备来促进发明，实施，测试，调试和运行量子算法的工具。它提供经典量子混合编程的可视化方案和高性能的 C++并行和分布式模拟器后端，并集成高性能优化器和较为丰富的算法库。

 

 

表 1-1 量子计算软件的模拟计算功能对比

	全振幅虚拟机	单振幅虚拟机	部分振幅 虚拟机	含噪声虚 拟机	分布式计 算	GPU 计算 模拟
pyquil	√	○	○	√	○	○
qiskit	√	○	○	√	√	√
QDK	√	○	○	○	○	○
CirQ	√	○	○	√	√	○
HiQ	√	○	○	○	√	○
QPanda	√	√	√	√	√	√

表 1-2 量子计算软件其他功能对比

	量子线路	量子逻	量子程序	基于复杂	量子程	量子	量子程	云平台	化学
	字符画	辑门优	适配不同	判断条件	序适配	程序	序资源	计算后	模拟
		化	的量子计	的控制流	芯片架	分层	和性能	台接入
			算平台	量的程序	构		统计
pyquil	○	√	○	○	√	○	○	√	○
qiskit	√	√	○	○	√	√	√	√	√
QDK	○	√	○	○	√	○	√	√	√
CirQ	√	○	○	○	√	√	√	○	√
HiQ	√	○	√	○	√	○	√	√	√
QPanda	√	√	√	√	√	√	√	√	√

 

2.高级量子编程语言

​​​​​​​国外高级量子编程语言

1、Q#

Q#是一种算法定义语言，它利用丰富的量子-经典相互作用可以很容易地表达相位估计和量子化学算法；它是一种典型的领域特征语言，仅用于描述在量子芯片上可能发生的操作，对于在传统 CPU 上执行的操作，Q#的编程模型规定需要一门经典编程语言来描述。

 

2、Quipper

Quipper 是 Haskell 中嵌入的一种强类型的函数量子编程语言，它可以描述高级电路并允许混合过程式和声明式编程风格的语法。

3、LIQui|>

基于 F#的 LIQui|>（Liquid）语言提供了大量的高级操作来简化量子编程，如受控门与反计算的自动实现。 它的编译器可自动实现优化、容错翻译、量子电路打印等。

4、ScaffCC / Scaffold

ScaffCC / Scaffold 利用 LLVM 基础架构嵌入在 C / C ++中，它在量子电路描述、操作、分解和优化上提供了强大的功能，但在描述量子和经典模块之间的关系上显得模糊。

5、QWIRE

QWIRE 是一种定义量子电路的语言，在任意经典宿主语言中可以操作量子电路，具有高表现力和高度模块化的特征，反映出 QRAM计算模型，无论宿主语言是什么，QWIRE 都是安全和强规范化的。

​​​​​​​国内高级量子编程语言

1、QRunes

QRunes 提供了一个完备的 HACQ 类型系统，规范了量子编程的边界，保证了量子程序编译执行的正确性。健全的语法规则用来协调和约束量子操作、经典操作。安全的语义用来融合量子计算和经典计算之间的语义差异。编译方式为运行时编译，并且可扩展、可重构。

 

表 2-1 高级量子编程语言特征对比

	量子线路操作	完备的 类型系统	语义规则	可扩展性	运行时 编译
Q#	√	√	√	○	○
Quipper	√	○	○	√	○
LIQui|>	√	○	○	○	○
ScaffCC / Scaffold	√	○	○	○	○
QWIRE	√	○	√	○	○
QRunes	√	√	√	√	√

 

 

源自于本源量子的量子调研。仅供学习参考；