阿里開源量子模擬器“太章2.0”，支持量子算法和糾錯探索

　　12 月 23 日，阿里巴巴發(fā)布阿里云量子開發(fā)平臺(Alibaba Cloud Quantum Development Platform，ACQDP)，開源自研量子計算模擬器“太章 2.0”及一系列量子應(yīng)用案例，支持從業(yè)人員設(shè)計量子硬件，測試量子算法，并探索其在材料、分子發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化問題和機器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。

　　過去幾年，量子芯片的進(jìn)步使得量子計算通向?qū)嵱弥返牟淮_定性進(jìn)一步減小。而隨著系統(tǒng)規(guī)模的增大，對量子系統(tǒng)及量子算法的測試與驗證變得越來越有挑戰(zhàn)性。基于經(jīng)典模擬的方法是一個基本工具，但有其內(nèi)在的瓶頸。比如，目前的存儲技術(shù)最高能存儲不到 60 量子比特的量子態(tài)。阿里云量子開發(fā)平臺提出原創(chuàng)性的分布式張量網(wǎng)絡(luò)收縮算法，開辟了量子電路模擬新方向，可實現(xiàn)比其他方法更大規(guī)模的模擬。

　　達(dá)摩院量子實驗室在量子計算的經(jīng)典模擬方向有著長期的研究。此前，其自研的“太章 1.0”提出了獨創(chuàng)的張量網(wǎng)絡(luò)收縮的動態(tài)拆分辦法，大幅減少量子電路模擬的代價，為學(xué)界與業(yè)界采用。此次開源的內(nèi)核量子引擎“太章 2.0”通過進(jìn)一步的算法創(chuàng)新，再次大幅度降低資源消耗。

　　今年 5 月實驗室用“太章 2.0”模擬了 2019 年 “谷歌量子霸權(quán)”宣稱用的量子電路，將其設(shè)計的經(jīng)典計算耗時超一萬年的任務(wù)，壓縮至 20 天內(nèi)完成，比其它最好的方案改進(jìn)了四個數(shù)量級。業(yè)界人士估計，若通過硬件資源的進(jìn)一步優(yōu)化，特別是提升 GPU 使用效率，該算法有望將模擬時間壓縮到 2 天以內(nèi)。這一系列工作引起學(xué)術(shù)界對量子計算與經(jīng)典計算邊界的重新思考。

　　ACQDP 還包括達(dá)摩院量子實驗室自研的支持上萬量子比特(4-層，3 度)的量子近似優(yōu)化算法模擬，以及基于實驗噪聲模型的糾錯碼性能模擬等量子算法和應(yīng)用。這可以解決僅靠理論分析無法解決的實驗和評估問題。基于這一開放平臺，量子計算的研究人員可對不同的場景自定制算法，以進(jìn)一步提高模擬效率;而發(fā)展出來的方案和算法，有望推動量子計算機的實現(xiàn)，催生量子計算的實用優(yōu)勢。

　　“量子計算的實現(xiàn)極具挑戰(zhàn)。學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界需要聚合力量，克服瓶頸，加速創(chuàng)新。”達(dá)摩院量子實驗室主任施堯耘解釋稱，“開放研究有利于加速量子時代來臨，也是我們盡快向客戶和社會提供量子計算服務(wù)的最好策略。”

　　據(jù)他介紹，達(dá)摩院量子實驗室未來將會有更多的成果開源和對開放研究合作者的無償輸出。該團隊聚焦研究的不同于主流的量子比特 fluxonium ，在不久的將來也會有最新成果與各界分享。
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