蚊章汇 - Cirq
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量子计算的开源框架 Cirq 介绍
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date: 2018-12-24T20:34:00+08:00
description: 我们即将讨论的内容正如标题所示，本文通过使用 Cirq 的一个开源视角，尝试去了解我们已经在量子计算领域取得多大的成就，和该领域的发展方向，以加快科学和技术研究。首先，我们将引领你进入量子计算的世界。在我们深入了解 Cirq 在未来的量子计算中扮演什么样的重要角色之前，我们将尽量向你解释其背后的基本概念。你最近可能听说过，在这个领域中有件重大新闻，就是 Cirq。在这篇开放科学栏目的文章中，我们将去尝试找出答案。在我们开始了解量子计算之前，必须先去了解“量子”这个术语，量子是已知的 亚原子粒子 中最小的物质。 量子 Quantum 这个词来自拉丁语 Quantus，意思是 “有多小”，在下面的短视频链接中有描述：为了易于我们理解量子计算，我们将 量子计算 Quantum Computing 与 经典计算 Classical Computing （LCTT 译注：也有译做“传统计算”）进行比较。经典计算是指今天的传统计算机如何设计工作的，正如你现在用于阅读本文的设备，就是我们所谓的经典计算设备。经典计算经典计算只是描述计算机如何工作的另一种方式。它们通过一个二进制系统工作，即信息使用 1 或 0 来存储。经典计算机不会理解除 1 或 0 之外的任何其它东西。直白来说，在计算机内部一个晶体管只能是开（1）或关（0）。我们输入的任何信息都被转换为无数个 1 和 0，以便计算机能理解和存储。所有的东西都只能用无数个 1 和 0 的组合来表示。量子计算然而，量子计算不再像经典计算那样遵循 “开或关” 的模式。而是，借助量子的名为 叠加和纠缠 的两个现象，能同时处理信息的多个状态，因此能以更快的速率加速计算，并且在信息存储方面效率更高。请注意，叠加和纠缠 不是同一个现象。就像在经典计算中，我们有 比特 bit ，在量子计算中，我们相应也有 量子比特 qubit （即 Quantum bit）。想了解它们二者之间的巨大差异之处，请查看这个 页面，从那里的图片中可以得到答案。量子计算机并不是来替代我们的经典计算机的。但是，有一些非常巨大的任务用我们的经典计算机是无法完成的，而那些正是量子计算机大显身手的好机会。下面链接的视频详细描述了上述情况，同时也描述了量子计算机的原理。下面的视频全面描述了量子计算领域到目前为止的最新进展：嘈杂中型量子根据最新更新的（2018 年 7 月 31 日）研究论文，术语 “ 嘈杂 Noisy ” 是指由于对量子比特未能完全控制所产生的不准确性。正是这种不准确性在短期内严重制约了量子设备实现其目标。“中型” 指的是在接下来的几年中，量子计算机将要实现的量子规模大小，届时，量子比特的数目将可能从 50 到几百个不等。50 个量子比特是一个重大的量程碑，因为它将超越现有的最强大的 超级计算机 的 暴力破解 所能比拟的计算能力。更多信息请阅读 这里的 论文。随着 Cirq 出现，许多事情将会发生变化。Cirq 是什么？Cirq 是一个 Python 框架，它用于创建、编辑和调用我们前面讨论的嘈杂中型量子（NISQ）。换句话说，Cirq 能够解决挑战，去改善精确度和降低量子计算中的噪声。Cirq 并不需要必须有一台真实的量子计算机。Cirq 能够使用一个类似模拟器的界面去执行量子电路模拟。Cirq 的前进步伐越来越快了，Zapata 是使用它的首批用户之一，Zapata 是由来自哈佛大学的专注于量子计算的一群科学家在去年成立的。Linux 上使用 Cirq 入门开源的 Cirq 库 开发者建议将它安装在像 virtualenv 这样的一个 虚拟 Python 环境 中。在 Linux 上的开发者安装指南可以在 这里 找到。但我们在 Ubuntu 16.04 的系统上成功地安装和测试了 Python3 的 Cirq 库，安装步骤如下：在 Ubuntu 上安装 Cirq首先，我们需要 pip 或 pip3 去安装 Cirq。Pip 是推荐用于安装和管理 Python 包的工具。对于 Python 3.x 版本，Pip 能够用如下的命令来安装：sudo apt-get install python3-pipPython3 包能够通过如下的命令来安装：pip3 install <package-name>我们继续去使用 Pip3 为 Python3 安装 Cirq 库：pip3 install cirq启用 Plot 和 PDF 生成（可选）可选系统的依赖没有被 Pip 安装的，可以使用如下命令去安装它：sudo apt-get install python3-tk texlive-latex-base latexmkpython3-tk 是 Python 自有的启用了绘图功能的图形库texlive-latex-base 和 la…