量子计算机和量子模拟器
02/01/
本文内容
量程计算机仍处于其开发初级阶段。 硬件和维护成本高昂，大多数系统都位于大学和研究实验室中。 不过，这项技术在不断发展，并对某些系统提供有限的公共访问。
量子模拟器是在经典计算机上运行的软件程序，可在预测量子比特如何对不同操作做出反应的环境中运行和测试量子程序。
量子硬件
量子计算机分为三个主要部分：容纳量子比特的区域、将信号传输到量子比特的方法以及运行程序和发送指令的经典计算机。
用于量子比特的量子材料易碎且对环境干扰高度敏感。 对于某些量子比特存储方法，存储量子比特的装置保持在稍高于绝对值零的温度，以最大化其相干性。 其他类型的量子比特装置使用真空室来帮助最大程度地减少振动并使量子比特保持稳定。
可以使用多种方法(包括微波、激光和电压)将信号发送到量子比特。
量子计算机在正确操作方面面临着诸多挑战。 量子计算机中的纠错是一项重大问题，扩大规模(增加更多量子比特)将增加错误率。 由于这些限制，量子台式电脑在将来变得越来越遥远，而商业上可行的基于实验室的量子计算机会变得越来越近。
量子模拟器
通过在经典计算机上运行的量子模拟器，可在量子系统上模拟量子算法的运行。 Microsoft Quantum 开发工具包 (QDK) 包含一个完整状态向量模拟器以及其他专用量子模拟器。
拓扑量子比特
Microsoft 正在开发基于拓扑量子位的量子计算机。 拓扑量子比特受环境变化的影响较小，因此减少了所需的外部纠错的程度。
拓扑量子位具有更高的稳定性，并且不容易受到环境所影响，这意味着它们更容易伸缩，并保持更长的可靠时间。
Microsoft 和量子硬件合作伙伴
Microsoft 正在与量子硬件制造商 IonQ、Honeywell 和 QCI 合作，以使量子计算机将来可供开发人员使用。 借助 Azure Quantum 平台，开发人员可使用 Microsoft Quantum 开发工具包 (QDK) 和 Q# 编写量子程序并远程运行这些程序。
量子计算
在量子计算机或量子模拟器上执行计算遵循以下基本流程：
访问量子比特
将量子比特初始化为期望状态
执行操作以转换量子比特的状态
测试量子比特的新状态
使用量子操作(有时称为量子门)来完成量子比特的初始化和转换。 量子操作类似于经典计算中的逻辑运算，例如 AND、OR、NOT 和 XOR。 基本操作可以是将量子比特的状态从 1 翻转为 0 或纠缠一对量子比特，也可以使用一系列串行操作来影响叠加的量子比特坍缩方式的概率。
备注
Q# 库提供了内置操作，这些操作定义较低级别的量子操作的复杂组合。 可以使用库操作来转换量子比特并创建更为复杂的用户定义的操作。
衡量计算结果会告诉我们答案，但是对于某些量子算法，不一定是正确答案。 由于某些量子算法的结果基于量子操作配置的概率，因此这些计算会多次运行，以获得概率分布并优化结果的准确性。 确保返回正确答案的操作称为量子验证，这是量子计算中的一项重大挑战。
总结
量子计算的部分概念与经典计算相同，但又增加了一些新的变化。 下面是一些关键要点：
量子硬件昂贵且易被损坏，因此量子模拟器用于编写和测试程序。
经典计算机和量子计算机都使用逻辑运算(或门)来准备计算。
量子计算返回概率。
量子硬件和技术的进步正在迅速改变这一领域。 这里提供的内容只是最新动态中的一小部分。
后续步骤
