創(chuàng)建設(shè)計(jì)幾乎不可能的量子電路

即使隨著硬件的發(fā)展，未來能創(chuàng)造出具有數(shù)百、數(shù)千甚至數(shù)百萬個量子比特的量子計(jì)算機(jī)，但這些計(jì)算機(jī)的復(fù)雜電路設(shè)計(jì)，可能會使實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)勢依舊是一個遙遠(yuǎn)的夢想，而總部設(shè)在特拉維夫的Classiq公司正在努力改變這種現(xiàn)狀。
?Classiq采用"量子算法設(shè)計(jì)"的方案，從高級功能模型中自動組合和優(yōu)化量子電路。Classiq聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO Nir Minerbi解釋說，公司創(chuàng)始人希望解決限制量子技術(shù)進(jìn)步的問題，于是引入這種解決方案。?"在我們討論制約量子技術(shù)發(fā)展的瓶頸時，發(fā)現(xiàn)量子軟件是一個巨大的挑戰(zhàn)。"Minerbi說，"我們相信科技巨頭會推出更強(qiáng)大的硬件，但目前量子軟件還處于起步階段，開發(fā)量子軟件幾乎是一項(xiàng)不可能的任務(wù)。"?Minerbi說：“對量子算法進(jìn)行編程目前還停留在組合排列各種量子門這一層級，幾乎沒有任何抽象。另一方面市場上有很多企業(yè)需要研發(fā)屬于他們的量子軟件，以改變游戲規(guī)則。所以Classiq為他們構(gòu)建了量子軟件堆棧的下層基礎(chǔ)，即用一個專門的設(shè)計(jì)軟件對量子門操作進(jìn)行自動化輔助設(shè)計(jì)和合成，這樣客戶就可以在不了解細(xì)節(jié)的情況下設(shè)計(jì)量子算法，門級細(xì)節(jié)由我們的軟件自動化完成?！?Minerbi估計(jì)，世界上只有幾千人可以設(shè)計(jì)出10個量子比特規(guī)模的量子門操作算法，其中僅數(shù)百位專家可以設(shè)計(jì)50個量子比特的量子門操作算法。?"而且能開發(fā)出超過50個量子比特電路的人越來越不可能出現(xiàn)了。"Minerbi說，"那如何設(shè)計(jì)出100個、500個或10000個量子比特的量子門操作呢？這對現(xiàn)有的工具來說是一個非常復(fù)雜的挑戰(zhàn)。因此，這成為Classiq的愿景：解決這個問題，并使軟件能夠與硬件一起擴(kuò)展。

根據(jù)Minerbi的說法，解決設(shè)計(jì)復(fù)雜性的問題不僅會縮短量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)進(jìn)度，還能讓它更加實(shí)用。依托Classiq的平臺，企業(yè)可以將量子領(lǐng)域的杰出科學(xué)家與行業(yè)應(yīng)用專家、企業(yè)員工結(jié)合起來。這樣“集成”的團(tuán)隊(duì)可以為世界上各類緊急問題設(shè)計(jì)解決方案。?Minerbi說："我們希望讓量子專家能進(jìn)行高水平的設(shè)計(jì)，但同時也能讓非量子領(lǐng)域的專家能夠參與到量子算法的設(shè)計(jì)中。這也是我們的一些客戶正在做的事情。"

這不是一個新問題

Minerbi說，在經(jīng)典的電子電路設(shè)計(jì)中有一種與之類似的方法。?"如果你想設(shè)計(jì)一個帶有存儲功能的簡單電子芯片，一個帶有幾十個經(jīng)典門的簡單印刷電路（如與門和非門），雖然設(shè)計(jì)上有些復(fù)雜，但你仍可以手動完成。"Minerbi說，"然而，你不能以同樣的方法去設(shè)計(jì)具有數(shù)百萬或數(shù)十億個晶體管的電路。幸運(yùn)的是，你不需要這樣做，因?yàn)樵诮?jīng)典的晶體管電路設(shè)計(jì)過程中，有像VHDL和Verilog這樣的高級建模語言，可以定義你想在電路中實(shí)現(xiàn)什么功能。"?然后，利用一些軟件平臺（如Cadence或Synopsis）可以讀取這些高級模型并合成滿足你需求和約束條件的電路。這些平臺允許用戶定義他們想要實(shí)現(xiàn)的功能，而不需要定義所有細(xì)節(jié)。?在Classiq的量子設(shè)計(jì)軟件中，各種量子門電路的組合由該公司的軟件自動完成。該軟件就像 "量子的VHDL"，注入高級功能模型，并將其轉(zhuǎn)換為門級量子設(shè)計(jì)。據(jù)該公司稱，這可以助力更多人利用自身的創(chuàng)造力和知識，共同發(fā)揮量子計(jì)算機(jī)的力量，從而為各種行業(yè)和案例實(shí)現(xiàn)量子解決方案。?為了適應(yīng)當(dāng)今NISQ時代的計(jì)算機(jī)創(chuàng)建解決方案，Classiq還可以輕松創(chuàng)建將量子計(jì)算與經(jīng)典處理相結(jié)合的混合解決方案。

滿足設(shè)計(jì)者的要求和約束條件

高級功能模型和設(shè)計(jì)人員可將需求和約束條件輸入Classiq平臺，然后它使用一個“約束滿足引擎”在約束條件下滿足需求。

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Minerbi解釋說："約束滿足引擎知道兩件事。第一，你想實(shí)現(xiàn)什么功能；第二，你需要考慮哪些硬件約束：量子比特的數(shù)量、電路的深度等。因此，你可以獲得兩樣?xùn)|西：從高級模型中合成的一個量子電路，以及出色的優(yōu)化結(jié)果，因?yàn)樵撃Ｐ椭烙布s束條件和要求。"

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許多用戶都在量子公司工作，他們都要面對一個陡峭的學(xué)習(xí)曲線，需要學(xué)習(xí)更多的量子物理和編程語言知識。但當(dāng)他們選擇Classiq時，這就不是問題。

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Classiq的平臺旨在匹配客戶的量子堆棧。該平臺囊括了熱門的量子編程語言（如Cirq、Qiskit、Braket和Q#），它可與所有量子編程語言和任何通用門的量子計(jì)算機(jī)無縫協(xié)作。

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所以，Classiq還獲得了客戶和投資者的持續(xù)關(guān)注。自2019年底成立以來，該公司融資總額約1800萬的資金，包括Team8和Wing Venture Capital、Entrée Capital、OurCrowd和IN Venture（住友公司的企業(yè)風(fēng)險部門）。公司與國際領(lǐng)先的量子硬件供應(yīng)商建立了深厚的合作關(guān)系，也與學(xué)術(shù)界建立了聯(lián)系，一些對量子計(jì)算應(yīng)用算法感興趣的企業(yè)和團(tuán)隊(duì)正在和Classiq合作。

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文：馬特·斯韋恩

編譯：慕一

編輯：王珩

注：本文編譯自“TQD”，文章中的信息或所表述的觀點(diǎn)意見，均不代表量子前哨同意或支持。