量子技術即將進入青黃不接的階段，Google釋出NISQ演算法框架Cirq適應過渡期

Google人工智慧量子團隊在第一屆量子軟體和量子機器學習國際研討會（QSML）上，發表了Cirq公開測試版，這是一個用於雜訊中等規模量子（Noisy Intermediate Scale Quantum，NISQ）電腦的開源框架，Cirq能讓研究人員在特定的量子處理器上開發量子演算法。該團隊也將Cirq用在Google的Bristlecone處理器上，而接下來他們還計畫在雲端提供該處理器。

NISQ是近期才由美國理論物理學家，同時也是加州理工學院理論物理學教授John Preskill提出的名詞，他在論文中提到，NISQ技術將在不久的未來實現，具有50到100量子位元的量子電腦，在理論上已經可以超過當前傳統數位電腦運算能力解決問題，但是在量子閘中的雜訊，將會限制能夠可靠執行的量子電路大小。

也就是說，程式在超過50量子位元的裝置上執行，很快的就難以在傳統的電腦上模擬，因此這些運算必須擺上量子電腦中計算，來完成傳統電腦無法完成的工作。目前這仍處在理論驗證階段，是一個高度抽象的工作，而且還無法應用在任何實際的用途。

不過，一旦人類到達了這個階段，我們就會處在NISQ的尷尬時期，因為我們的量子技術已經可以完成傳統電腦無法完成的事，卻無法提供演算法足夠的容錯能力，由於沒有足夠的量子位元來做錯誤糾正，所以無可避免的受雜訊干擾，以致於必須直接在物理層級使用不完美的量子位元。

因此現在電腦科學家要解決的問題，就是如何在這些不完美的NISQ處理器上開發量子演算法，並能善用受限的硬體優勢。這包括使用資料來解決問題中最困難的部分，而非糾結在演算法與硬體間的映射問題，另外，部分量子處理器存在複雜的幾何限制與其他細微差異，當開發者忽略這些細節，將會造成錯誤的量子計算。

Google人工智慧量子團隊為此在QSML上發表了Cirq公開Alpha測試版，這是一個專用於NISQ電腦的開源框架，能夠幫助研究人員了解NISQ電腦用於解決實務計算性問題的能力。Cirq在安裝後，就能讓研究人員在特定的量子處理器上撰寫量子演算法，該框架提供了精確的量子電路控制方法，像是使用原生量子閘指定量子閘行為、在裝置上放置適當的量子閘，或是在量子硬體的限制中，排成這些量子閘的時序。

Google提到，Cirq使用的資料結構經過最佳化，可以用於編寫或是編譯這些量子電路，以允許開發者充分利用NISQ架構。Cirq能夠支援在模擬器中執行這些演算法，同時也能整合未來量子硬體或更大的雲端模擬器。

Google同時宣布釋出OpenFermion-Cirq，OpenFermion是一個用來開發化學問題的量子演算法平臺，而OpenFermion-Cirq則是使用Cirq框架，來開發實現近期演算法的應用程式範例，編譯量子模擬演算法的開源函式庫，能將量子化學問題建構為低深度量子演算法，使研究人員可以把化學問題的細節，轉成高度最佳化的訂製量子電路，並在特定的硬體上運作，執行像是模擬分子或是複雜材料的特性等工作。

量子運算將會需要跨產業以及學界的合作，Google人工智慧量子團隊在建構Cirq時，就與包括劍橋與NASA在內的不同機構合作，以獲取演算法設計的回饋與意見。該團隊提到，他們正將Cirq應用在Google的Bristlecone處理器上，在不久的將來，也會在雲端服務提供該處理器，屆時Cirq將成為開發人員在該處理器上編寫程式的介面。現在Cirq以Apache 2授權在GitHub上公開，研究人員已經可以加入NISQ演算法開發。