英特爾:推動面向量子時代的軟件開發(fā)

量子計算既有望顯著加快復(fù)雜問題的解決速度，也可能助力材料、化學(xué)品和藥物設(shè)計、金融和氣候建模以及密碼學(xué)領(lǐng)域的重大突破。雖然量子比特方面的進(jìn)展是量子計算邁向?qū)嶋H應(yīng)用的重要一步，但是要充分實現(xiàn)這項技術(shù)的潛力，還需要在整個硬件和軟件棧上都取得大幅進(jìn)展。

英特爾采用全系統(tǒng)架構(gòu)方法，涉及完整的計算堆棧，從量子比特架構(gòu)和算法研究到電控設(shè)備（control electronics）、互連、量子軟件工具鏈和編譯器，一直到應(yīng)用層。（圖片來源：英特爾公司）

為了推進(jìn)這個過程，英特爾研究院開發(fā)了一個名為英特爾^?量子軟件開發(fā)工具包（Intel^? Quantum SDK）的全棧軟件開發(fā)工具包，可與英特爾的量子計算堆棧相連接。該工具包允許開發(fā)者編寫新的量子算法，以便未來能在模擬和真實的量子硬件上運(yùn)行量子比特。目前，測試版用戶已在用它探索化學(xué)、材料和流體動力學(xué)模擬，以及求解線性方程組的算法，這些算法可用于金融建模等現(xiàn)實場景。

英特爾量子軟件開發(fā)工具包有著直觀的用戶界面，提供基于LLVM的C++語言編譯器工具鏈，專門針對混合量子-經(jīng)典算法（hybrid quantum-classical algorithms）優(yōu)化了量子運(yùn)行環(huán)境，以及高性能的英特爾^?量子模擬器（IQS）作為以量子比特為目標(biāo)代碼的后端（qubit target backend）。工具包的未來版本將采用不同的以量子比特為目標(biāo)代碼的后端，包括一個量子點量子比特模擬器，最終還將提供以英特爾量子點量子比特設(shè)備作為目標(biāo)代碼的后端。

英特爾量子軟件開發(fā)套件（SDK）有著直觀的用戶界面，提供基于LLVM的C++語言編譯器工具鏈，專門針對混合量子-經(jīng)典算法優(yōu)化了量子運(yùn)行環(huán)境，以及高性能的英特爾量子模擬器作為以量子比特為后端的目標(biāo)代碼。未來，這個軟件開發(fā)工具包將與英特爾量子比特硬件相連接。（圖片來源：英特爾公司）

此外，英特爾也致力于打造量子生態(tài)系統(tǒng)。通過使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的LLVM編譯器，英特爾正在降低量子開發(fā)者的門檻，因為LLVM編譯器的界面更友好，為傳統(tǒng)計算開發(fā)者所熟悉。英特爾量子軟件開發(fā)工具包測試版的用戶包括位于德國慕尼黑的代根多夫應(yīng)用技術(shù)大學(xué)和Leidos公司。代根多夫應(yīng)用技術(shù)大學(xué)正在利用英特爾量子軟件開發(fā)工具包，研究對空氣動力學(xué)和流體力學(xué)很重要的流體動力學(xué)問題，Leidos正在探索的應(yīng)用領(lǐng)域則包括計算化學(xué)和材料建模，以及分布式計算的隱私保護(hù)和安全。

QuTech量子計算實驗室的稀釋冰箱。代爾夫特理工大學(xué)的 QuTech是英特爾公司在荷蘭的量子計算研究合作伙伴。（圖片來源：英特爾公司）

此外，英特爾還在支持課程開發(fā)，促進(jìn)開發(fā)者生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建，以探索量子計算在編程上的應(yīng)用。大學(xué)將開發(fā)和分享量子課程內(nèi)容，從而擴(kuò)大英特爾量子軟件開發(fā)工具包的使用。今年獲得英特爾支持的大學(xué)包括俄亥俄州立大學(xué)、賓夕法尼亞州立大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)、代根多夫應(yīng)用技術(shù)大學(xué)以及慶應(yīng)義塾大學(xué)。

英特爾量子軟件開發(fā)工具包的推出是英特爾在推進(jìn)全棧量子開發(fā)上的初步努力。作為測試過程的一部分，英特爾將收集用戶反饋，據(jù)此調(diào)整計劃于明年早些時候推出的1.0版本。英特爾量子軟件開發(fā)工具包的測試版本現(xiàn)在已經(jīng)可以在英特爾開發(fā)者云平臺（Intel Dev Cloud）上獲取。