OpenFermion-Cirq量子技术，Google释出NISQ算法框架Cirq适应过渡期

Google人工智能量子团队在第一届量子软件和量子机器学习国际研讨会（QSML）上，发表了Cirq公开测试版，这是一个用于噪声中等规模量子（Noisy Intermediate Scale Quantum，NISQ）电脑的开源框架，Cirq能让研究人员在特定的量子处理器上开发量子算法。该团队也将Cirq用在Google的Bristlecone处理器上，而接下来他们还计划在云端提供该处理器。

NISQ是近期才由美国理论物理学家，同时也是加州理工学院理论物理学教授John Preskill提出的名词，他在论文中提到，NISQ技术将在不久的未来实现，具有50到100量子位元的量子电脑，在理论上已经可以超过当前传统数位电脑运算能力解决问题，但是在量子闸中的噪声，将会限制能够可靠执行的量子电路大小。

也就是说，程式在超过50量子位元的装置上执行，很快的就难以在传统的电脑上模拟，因此这些运算必须摆上量子电脑中计算，来完成传统电脑无法完成的工作。目前这仍处在理论验证阶段，是一个高度抽象的工作，而且还无法应用在任何实际的用途。

不过，一旦人类到达了这个阶段，我们就会处在NISQ的尴尬时期，因为我们的量子技术已经可以完成传统电脑无法完成的事，却无法提供算法足够的容错能力，由于没有足够的量子位元来做错误纠正，所以无可避免的受噪声干扰，以致于必须直接在物理层级使用不完美的量子位元。

因此现在电脑科学家要解决的问题，就是如何在这些不完美的NISQ处理器上开发量子算法，并能善用受限的硬件优势。这包括使用资料来解决问题中最困难的部分，而非纠结在算法与硬件间的映射问题，另外，部分量子处理器存在复杂的几何限制与其他细微差异，当开发者忽略这些细节，将会造成错误的量子计算。

Google人工智能量子团队为此在QSML上发表了Cirq公开Alpha测试版，这是一个专用于NISQ电脑的开源框架，能够帮助研究人员了解NISQ电脑用于解决实务计算性问题的能力。Cirq在安装后，就能让研究人员在特定的量子处理器上撰写量子算法，该框架提供了精确的量子电路控制方法，像是使用原生量子闸指定量子闸行为、在装置上放置适当的量子闸，或是在量子硬件的限制中，排成这些量子闸的时序。

Google提到，Cirq使用的资料结构经过最佳化，可以用于编写或是编译这些量子电路，以允许开发者充分利用NISQ架构。Cirq能够支援在模拟器中执行这些算法，同时也能整合未来量子硬件或更大的云端模拟器。

Google同时宣布释出OpenFermion-Cirq，OpenFermion是一个用来开发化学问题的量子算法平台，而OpenFermion-Cirq则是使用Cirq框架，来开发实现近期算法的应用程序范例，编译量子模拟算法的开源函式库，能将量子化学问题建构为低深度量子算法，使研究人员可以把化学问题的细节，转成高度最佳化的订制量子电路，并在特定的硬件上运作，执行像是模拟分子或是复杂材料的特性等工作。

量子运算将会需要跨产业以及学界的合作，Google人工智能量子团队在建构Cirq时，就与包括剑桥与NASA在内的不同机构合作，以获取算法设计的回馈与意见。该团队提到，他们正将Cirq应用在Google的Bristlecone处理器上，在不久的将来，也会在云端服务提供该处理器，届时Cirq将成为开发人员在该处理器上编写程式的界面。现在Cirq以Apache 2授权在GitHub上公开，研究人员已经可以加入NISQ算法开发。