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新书访谈 | 郭国平教授谈量子计算

已有 2754 次阅读 2020-11-10 08:43 |系统分类:人物纪事


“新书访谈”致力于邀请各学科的作者为读者介绍最新出版的新书以及他们所在研究领域的工作。本期,我们很荣幸地邀请到郭国平教授来介绍由他及其团队撰写的新书《量子计算与编程入门》。

01

作者介绍

About the Author


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郭国平,中国科学技术大学教授、博士生导师,中科院量子信息重点实验室副主任,中国科学技术大学微电子学院副院长,中国科学技术大学先进技术研究院副院长。国家重点基础研究发展计划项目A类首席科学家,国家杰出青年基金获得者,长江教授青年学者,国家“万人计划”领军人才。合肥本源量子计算科技有限责任公司创始人兼首席科学家。


02

关于本书

About the Book



《量子计算与编程入门》是关于量子计算与编程入门的专业书籍,书中详细介绍了量子计算的背景知识、基础概念、实现的硬件基础和一些重要量子算法的编程。全书共5章,主要内容包括:背景知识、量子计算基础、量子计算机硬件基础、量子算法与编程、量子计算前沿话题,书末附有量子计算数学基础、量子编程工具的安装与配置、量子化学工具的安装与使用。本书可作为量子计算与编程的入门书籍,供量子计算爱好者学习和了解未来科技发展方向;亦可作为量子计算入门课程的教程或参考书,供研究生、教师和科研人员阅读参考。 





03

作者专访

Interview

Q

在《量子计算与编程入门》一书中,重点介绍的QPanda是一款什么样的软件?

操作量子计算机与操作经典计算机类似,也需要复杂的算法、编译器、编程语言、应用软件等。QPanda是一款适由本源自主研发的用于量子计算的开源的编程框架,它可以用于构建、运行和优化量子算法,是本源量子计算系列软件的基础库。


在本源量子的软件研发中,我们首先研发了自己的量子计算指令集Origin IR,它是基础的量子计算程序汇编语言,其作用是可以向量子计算的计算设备发送基本操作指令,你可以将它理解为一种指示,指示量子计算设备如何执行量子程序的要求。


可我们在写具体的量子程序时仅仅使用这个基本指令显然不够,所以本源研发团队2018年1月开发了一套量子软件开发套件:Quantum Programming Architecture for NISQ Device Application(适用于NISQ设备的量子编程框架) ,称之为QPanda。使用这个完整的开发套件,我们可以实现量子软件的编写、测试等一系列操作。由于QPanda是用C++语言编写的,所以开发人员在使用的时候能够快速上手,同时它也支持以QRunes和QASM书写的国际主流量子语言,其开发量子软件的能力与国际上同类产品不相上下。




Q

目前国际上量子软件发展如何?


国际上,量子软件发展的布局早、出发早、较为系统化。在企业层面,像微软、谷歌、IBM这些大公司5-6年前就已经在积极参与量子软件的开发。而在学校的科研层面,他们已经进行了十多年的研究。而国内在近一两年才开始重视量子软件。同时,国际上非常重视软硬件的协同发展。谷歌、IBM量子硬件技术的发展也助推了软件的发展。国外企业也非常重视推广和用户习惯的养成,谷歌和IBM已经开展了很多在线量子编程教育、推广工作。


并且,国外有非常多初创公司参与量子软件尤其是量子应用软件的开发,他们已经形成了与传统软件一样,成体系的发展模式。很多初创公司会基于IBM或者谷歌的底层的编程等根目录软件系统,进行金融、制药、材料等各行各业应用程序、应用案例的开发,从而形成量子软件的产业生态。





Q

国内的量子软件发展情况怎么样?与国外差距如何?

与国际先进水平相比,我国量子软件差距明显,但差距也不是绝对的。


我国量子软件发展滞后,在进行硬件开发时,我们发现国内相关的量子软件产品十分匮乏,往往需要从事硬件开发的人着手进行研发。同时,在政策层面对量子软件的投入也稍显不足。目前,我国一些科技公司都开始从事量子软件的研发推广。但我们量子软件的从业人员、资金投入与国外相比仍有几个数量级的差距。


差距不是绝对的,是因为量子软件还处在早期的发展阶段。现在,我们还有机会去推广自己的标准、操作系统、根目录软件。一旦错过这个窗口期,我国就又会失去培养用户使用习惯,建立量子软件生态圈的机会。





Q

在量子计算推广应用方面,您的团队做出了哪些努力?

国外软件巨头对于自身产品的背书以及用户固有的使用习惯,导致我国量子软件的市场接受度不足。本源团队正在自主开发国产量子软件、量子操作系统、量子编程语言。在用户层面,我们开发出与国际同类产品具备相应功能的国产量子软件,并在国际平台上开源,同时,我们还上线了本源开源社区,供用户交流反馈。人才教育上,我们正在积极推动量子教育生态的建设,面向不同层次人群,先后推出了量子计算在线教育平台——本源溯知、第一代量子学习机、量子计算与编程教材《量子计算与编程入门》、涵盖多种物理体系的量子计算全物理体系学习机,并向社会大众免费开放了国内首个量子计算教育科普基地——本源量子计算体验中心,让更多的人使用国产量子软件,推动我国量子计算软硬件协同发展。

 




Q

《量子计算与编程入门》这本书对于想学习量子计算的读者有什么作用?

《量子计算与编程入门》是第一部由国内团队用中文撰写的专业的量子计算与编程教材。它抛开复杂的量子力学公式,从量子计算的必要概念入手,结合实操代码,围绕量子计算典型的算法进行详细介绍。它简化了量子力学中复杂概念,覆盖了需要的全部数学知识,对软件、计算机相关背景的量子计算爱好者而言,是一本相当实用的入门教材。



*感谢郭国平教授及其团队提供以上访谈内容。



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量子计算与编程入门

郭国平,陈昭昀,郭光灿 著

ISBN 978-7-03-064990-4

责任编辑: 周 涵

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本期编辑丨王芳


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