量子计算的曲折里程

在1981年初夏的MIT的校园里，科学家们召开了物理学和计算机技术的第一次会议。费曼博士，这位热衷画画、打鼓和开保险柜的著名物理学家，向大家抛出了一个关于用量子力学原理制造量子计算机的奇思妙想。

然而难以捉摸的量子世界，人类想要迈入并操控它是何等其难。三十年后，我们才真正看到了量子计算时代即将来临的曙光。

量子计算突破摩尔定律

简单来讲，量子计算机就像天然具备并行处理能力的超级计算机系统。它利用量子叠加和量子纠缠的原理，可以突破摩尔定律的限制，产生指数级的算力加速。

量子计算一旦实用化，将在有限的成本投入下，实现远超现有计算机体系所能提供的算力，应用潜力巨大。这会让从前许多计算难题迎刃而解。诸如人工智能、新材料、新能源、新药物的设计、交通及通信网络等复杂的优化问题的求解、以及金融大数据分析等。

你也许听过“量子霸权”。量子计算机的核心指标在于能实现多少个量子比特位和多复杂的量子电路的有效计算。据简单推算，达到50个量子比特位时，量子计算机就可以超越现有最强计算机的算力，这意味着“量子霸权”的时代很快到来。就问你怕不怕？

聊到这你还没走，看来决心不小。

量子计算的骨感的现实

虽然已经有了一些量子计算原型机的演示，但目前已经提供对外服务的量子计算芯片最多只有十几个量子比特。同时，可实现的有效计算时间通常最多在一百微秒量级，与现今可7x24小时连续运行的超级计算机相比实在短得可怜。另外，其量子操作的保真度低，或者不能实现实用通用量子计算，离真正实用还差的很远。

让量子计算机实用化，门槛实在太高！诸如超导、离子阱、半导体量子点、冷原子等平台，都要满足极端苛刻的制造工艺、运行条件和测控精度。因此，实用化的量子计算机并不会在短期内实现，好在，我们可以暂时绕开实际制作量子计算机的难度与成本，先从软件工程层面着手开发和设计。这时候我们需要一个量子计算的模拟器。

可是，罗马非一日建成，模拟器也并不好搭建。我们仍然要通过现有计算机来操作量子计算机，这其中所需的编程框架、软硬件对接体系和操控系统并不健全，经典-量子混合算法也有很大的研究空白。

Hard模式已经开启，现在退还来得及。

由于量子体系特殊性、量子信息的“不可克隆”原理，经典编程语言常用的复制、经典的判断（if）等语句结构在量子计算里面都是无法直接实现或者需要避免的，我们需要一套新的描述量子程序的编程框架和算法结构。

量子世界的许多现象是反常规、反直觉的。量子算法的开发也面临着同样不直观、甚至是反常规的难题。当然，将经典和量子算法混合在一起开发新的算法和软件，也是一个全新的研究领域，将会产出很多以前不存在的算法。

总之，首先实现软件构建和算法的研究和工程化，是让量子计算实用化和通用化的必经途径，因此，业界需要一套全新的量子编程框架来促进其发展。

云计算为量子计算止痛，迎来曙光——

关键痛点：

模拟和验证量子计算这事儿，对算力的胃口可谓大如黑洞。尤其对内存消耗和数据吞吐量有着苛刻的要求。同时，从搭建一套适合模拟特定功能的量子计算原型机，到一整套通用型量子计算机的软件和计算平台，是一个复杂的系统工程。

什么是复杂的系统工程？ 想象一下三峡大坝、港珠澳大桥的建设吧！从规划到选址，从设计到施工，其中甚至相当多的具体施工方案都是首次设计并尝试。类似的，整个编程框架不仅要具有量子计算模拟器的能力，还要具有将量子算法编译到真实的量子芯片、并进行真实操控的能力。这样一整套配齐了，就可作为未来量子计算操作系统的雏形。

其实，现在什么都讲究用户体验。既要界面友好、又要简单易用，编程框架就需要具有一套专用的前端开发界面和API接口，这也不是一项简单的工程。

进入地狱模式，看来决心已至。

要评判一台通用量子计算机的性能，我们通常用“量子体积”来描述。它可以粗略的看成是量子比特位数、量子电路的深度（层数）和量子门与测量的保真度（误差大小的倒数）等几方面关键指标相乘的结果。

名师出高徒。量子计算的性能越强，相应的设计难度也就越大。相应的，模拟平台也要足够强大才能Hold住这位徒弟。不仅要求开发平台拥有巨大的算力对理想的量子电路进行模拟，还要软件具有模拟误差和仿真量子纠错编、解码器的能力。

办法总比困难多，来HiQ走一波

没有做不到，只有想不到。华为云已经推出了量子计算模拟器HiQ云服务平台，它充分利用华为云计算的优势，针对量子计算模拟与研究需求，提供了全栈的量子计算开发能力。

这里的“全栈”怎么讲？他具备：

• 量子软件和算法开发的编程框架

• 量子电路计算和量子纠错模拟器

• 简单易用的在线开发界面。

And，所有这些已经全面开放给广大开发者啦！

华为云+全栈开发能力，引爆量子计算的无限潜能！

既然都是牛人，我也就不藏着了，反正出啥招你们都接得住。接下来我们把HiQ开发平台的全栈能力再打开来看。

编程框架：

HiQ开发平台的编程框架兼容主流projectQ开源包的Python接口语言，对量子态演化与量子电路的表示，向下对接实际的量子芯片和虚拟的量子模拟器等关键需求均有完备的框架支持。

一般量子计算电路模拟器：

拥有自研的、支持单幅度和全幅度量子计算模拟能力的模拟器。其编译器针对分布式计算云平台和一体机进行了针对性的优化，对于内存消耗的运算和节点吞吐量调度得到极大优化。

依托于华为云的超强算力，HiQ可模拟全振幅42量子比特，单振幅81量子比特以上，其中对于低深度电路的单振幅可模拟169量子比特，这让其成为目前业界领先的量子电路模拟云服务。

量子纠错电路模拟器：

我们知道，量子计算的一大关键在于量子纠错能力，因此关键就看纠错码的设计。华为HiQ独具稳态量子电路编解码器仿真设计功能，也保障了包括量子纠错和基于稳态电路的图态和超图态等方面的研究应用。

易用的前端：

华为云平台同时向公众提供免费、易用的在线接口，包括Python编程界面，图形化的电子电路输入界面，以及即将开放的量子-经典模块化混合编程界面（BlockUI）。所提供的后端模拟器资源是目前云平台上可获得的最大、最快和功能最全的量子计算云服务哦！想象一下，这就像原本无人赞助、也没有自己车队的优秀车手，突然就砸下来一个装备齐全、技师一流的顶级车队为你服务。

全栈小结：

华为云的HiQ平台不但提供海量算力的灵活调配，还拥有完备的开发框架、自研全幅度及单幅度量子计算模拟器、独特强大的纠错设计工具，方便广大开发者快速开发设计软件、算法和模拟验证。

同时，HiQ平台也是推广量子计算技术，培养相关科研、软件和算法工程师人才的使能平台。

好生态，要共建。美好的未来既已预见，我们就要踏实的汇聚和培养更多的人才，让更多的人为量子计算时代的到来做好准备。

量子计算大门开，牛人快来参赛！

奇妙、深奥的量子计算，虽是高门槛，如今也能轻松尝鲜。

华为已经为广大开发者打开了一个量子计算开发的快速通道，那就是华为云开发者大赛——量子计算赛道！

对科研人员和广大爱好者来说，有了强大、实用、又开放的HiQ开发平台，实现关键算法的突破和量子计算模拟机实验已不再是梦！ 

牛人不仅已经看完全文，还能在下面迅速找到参赛方式！