創(chuàng)新優(yōu)化量子電路! IBM架構(gòu)師Dmitri Maslov當(dāng)選IEEE Fellow

北京時(shí)間1月20日消息（余予）Dmitri Maslov 因其在“量子電路集成與優(yōu)化以及量子計(jì)算機(jī)的編譯”方面的貢獻(xiàn)得到認(rèn)可。

量子電路類似于經(jīng)典計(jì)算中的電路或程序。由于現(xiàn)有量子硬件的大小有限，量子電路簡(jiǎn)短且高效尤為重要。與早期的可編程經(jīng)典計(jì)算機(jī)類似，當(dāng)時(shí)的硬件又小又貴，一個(gè)高效的程序必須精心制作，以減少其長度和內(nèi)存占用。例如，變量重用曾是很普遍的做法，但是如今由于廉價(jià)和豐富的內(nèi)存，已經(jīng)不再需要這么做了。

Dmitri Maslov IBM Quantum首席軟件架構(gòu)師

IBM的首席軟件架構(gòu)師Dmitri Maslov為提高量子電路的效率展開了早期的基礎(chǔ)工作。他的貢獻(xiàn)包括為各種量子子例程（包括單量子位酉容錯(cuò)、多重控制門、近似量子傅里葉變換 （QFT）、Select-V）和量子轉(zhuǎn)換類（可逆電路、Clifford電路）設(shè)計(jì)高效電路，構(gòu)建用于量子電路優(yōu)化（模板、相位多項(xiàng)式）、量子電路放置、技術(shù)優(yōu)化和資源權(quán)衡的框架。據(jù)悉，他設(shè)計(jì)的電路已用于多個(gè)有關(guān)量子算法的最新實(shí)驗(yàn)演示中。

比如，得益于Dmitri Maslov的貢獻(xiàn)，IBM Quantum Experience平臺(tái)的用戶可能會(huì)發(fā)現(xiàn)多重控制的Toffoli門的實(shí)現(xiàn)，這是Grover搜索算法的核心轉(zhuǎn)變。

由于這項(xiàng)具有開創(chuàng)性的研究，IEEE授予Maslov 2021 Fellow稱號(hào)，以表彰其“在量子電路的集成和優(yōu)化以及對(duì)量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行編譯方面的貢獻(xiàn)”。

在下面的問答中，Dmitri Maslov解釋了量子電路、這些量子電路的編譯器以及成為IEEE Fellow對(duì)他的意義。

Q：“量子電路集成、優(yōu)化和編譯”如何改善量子計(jì)算機(jī)的功能？

Dmitri Maslov：編譯研究可歸結(jié)為研究一系列與在量子硬件上有效執(zhí)行量子算法相關(guān)的問題。這包括量子算法設(shè)計(jì)、量子電路集成、量子電路優(yōu)化（在所有抽象級(jí)別上）、量子電路放置、布局、調(diào)度、資源權(quán)衡和量子體系結(jié)構(gòu)，它們通常在量子編譯的框架下結(jié)合在一起。高效的編譯可以提供簡(jiǎn)短、實(shí)用和隨時(shí)可用的量子程序，以解決量子硬件上的問題。

由于在奠定建立高效量子計(jì)算的基礎(chǔ)方面所做的工作，我被授予了IEEE Fellow。每個(gè)量子計(jì)算都需要被表示為一個(gè)物理量子計(jì)算硬件可以直接執(zhí)行的指令調(diào)度（一個(gè)電路）。對(duì)于當(dāng)今的量子計(jì)算來說，為提高經(jīng)典計(jì)算的性能，這些指令調(diào)度需要盡可能短。

給定一個(gè)可以在量子計(jì)算機(jī)上解決的問題，我的目標(biāo)是制定一個(gè)使用盡可能少的量子資源可以解決的指令。例如，一個(gè)依賴于M量子門（這也可以是電路寬度、深度或其他參數(shù)值）的指令調(diào)度。一旦找到具有M量子門的解決方案，我就嘗試尋找具有M-1量子門的解決方案，重復(fù)進(jìn)行這一操作直至沒有更進(jìn)一步的方案。當(dāng)最佳量子電路被找到并證實(shí)其最佳性時(shí)，我感到十分有成就感。但這種情況不經(jīng)常發(fā)生，因?yàn)檎业揭粋€(gè)最佳電路并證明其最佳性非常困難，同時(shí)，由于這一系列操作保證了其最佳性能，因此是非常可取的。

此外，量子計(jì)算機(jī)需要配備高效的編譯器。低效的編譯器可能會(huì)因?yàn)楹铣杀冉?jīng)典量子指令調(diào)度更長的指令而使量子計(jì)算機(jī)完全無用。

“我現(xiàn)在最感興趣的話題是量子計(jì)算中的時(shí)空權(quán)衡，以及它們?nèi)绾闻c經(jīng)典計(jì)算中的時(shí)空權(quán)衡相比較。”

-IBM Dmitri Maslov博士

Q：什么是量子編譯器？

Dmitri Maslov：就像經(jīng)典計(jì)算機(jī)一樣，量子計(jì)算機(jī)由硬件和軟件組成。其中軟件最重要的方面之一是編譯器，它負(fù)責(zé)確定解決某個(gè)問題所需的量子資源數(shù)量，并提供可執(zhí)行的物理操作序列。

解決問題過程中，所需的量子資源越少，算法執(zhí)行得越快，答案也就越清晰，即保真度越高。對(duì)于有限大小的量子計(jì)算（例如，具有有限數(shù)量的量子位或可以應(yīng)用的有限數(shù)量的門的量子計(jì)算）來說，在劣質(zhì)編譯器需要超過可用資源的數(shù)量才能執(zhí)行計(jì)算的情況時(shí)，優(yōu)質(zhì)編譯器基于當(dāng)前資源就能執(zhí)行計(jì)算。

同時(shí)，執(zhí)行過程中，你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，特別高效的電路需要使用在特定體系結(jié)構(gòu)上編排的特定指令。如果證明它遠(yuǎn)勝于替代方案，就需要設(shè)計(jì)為執(zhí)行這種電路而優(yōu)化的量子硬件（類似于ASIC）。這說明量子編譯器具有改變量子計(jì)算路線圖或比預(yù)期更早實(shí)現(xiàn)里程碑的潛力。這種情況在經(jīng)典計(jì)算中已經(jīng)發(fā)生多次，所以不應(yīng)感到驚訝。

Q：成為IEEE Fellow對(duì)您以及量子計(jì)算領(lǐng)域有什么意義？

Dmitri Maslov：IEEE對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)有著至關(guān)重要的影響。可以肯定地說，如果沒有IEEE成員的努力，如今眾所周知的經(jīng)典計(jì)算機(jī)就不會(huì)存在。同樣，如果要使量子計(jì)算成為可與經(jīng)典計(jì)算機(jī)相提并論的廣泛傳播的成熟技術(shù)，IEEE將需要在推動(dòng)量子計(jì)算領(lǐng)域發(fā)展、促進(jìn)思想交流、協(xié)助培養(yǎng)合格人員、制定標(biāo)準(zhǔn)等方面發(fā)揮重要作用。

“祝賀我在IBM Quantum的同事Dmitri。他被授予IEEE Fellow，這進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了電路設(shè)計(jì)和編譯作為量子計(jì)算進(jìn)展的一部分的重要性。作為IEEE的一員，我親身了解其成員們是如何協(xié)作和參與推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的。”

--Matthias Steffen博士，IBM Fellow，IBM 高級(jí)會(huì)員

能夠成為首批IEEE在量子計(jì)算領(lǐng)域認(rèn)可的幾位Fellow之一，是我莫大的榮幸，因?yàn)檫@讓我成為了IEEE組織和量子計(jì)算行業(yè)重要組成部分的推動(dòng)者。我希望在不久的將來，能在IEEE內(nèi)部看到一個(gè)量子計(jì)算協(xié)會(huì)的形成，并且我相信，它可能會(huì)成為IEEE規(guī)模較大的協(xié)會(huì)之一。事實(shí)上，它將包括許多現(xiàn)有的經(jīng)典IEEE計(jì)算協(xié)會(huì)的“量子”版本。

除此之外，我認(rèn)為IEEE Fellow獎(jiǎng)對(duì)于量子計(jì)算領(lǐng)域的意義在于，它預(yù)示著未來IEEE和量子計(jì)算社區(qū)將會(huì)進(jìn)行緊密合作。

“每年增加的IEEE Fellow數(shù)量不超過IEEE投票成員總數(shù)的0.1%。”

--IEEE

據(jù)了解，Dmitri Maslov是IBM Quantum的首席軟件架構(gòu)師，負(fù)責(zé)IBM量子編譯器的開發(fā)，其中包括解決許多問題，以有效地在當(dāng)今可用的量子硬件上執(zhí)行感興趣的算法。

現(xiàn)在，人們可以在量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行電路，嘗試逐步教程，或是使用Qiskit在IBM Quantum Experience上編寫自己的程序。

附:

·IEEE：美國電子電氣工程師協(xié)會(huì)，Institute of Electrical and Electronics Engineers，國際性的電子技術(shù)與信息科學(xué)工程師的協(xié)會(huì)，于1963年1月1日在美國紐約市建立。IEEE定義的標(biāo)準(zhǔn)在工業(yè)界有極大的影響。

·IEEE Fellow：為IEEE協(xié)會(huì)最高等級(jí)會(huì)員，指在相關(guān)領(lǐng)域做出過一定貢獻(xiàn)的工程師、科學(xué)家、教育工作者、技術(shù)主管或發(fā)明家。

·QFT：量子傅里葉變換(quantum Fourier transform)，是一種離散傅里葉變換，將原式分解成更為簡(jiǎn)單的多個(gè)幺正矩陣的積。

·Toffoli 門：又被稱作“控-控-非”門，“controlled-controlled-not (CCNOT)” gate)是由Tommaso Toffoli 提出的。它是一種通用可逆邏輯門，即任意可逆電路可由Toffoli 門構(gòu)造得到。它具有三路輸入和三路輸出。如果前兩位置一，它將倒置第三位，否則所有位保持不變。

原文鏈接：http://m.ygpos.cn/uploadfile/2021/0120/20210120161007563G

生成海報(bào)

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站內(nèi)容主要來自原創(chuàng)、合作伙伴供稿和第三方自媒體作者投稿，凡在本網(wǎng)站出現(xiàn)的信息，均僅供參考。本網(wǎng)站將盡力確保所提供信息的準(zhǔn)確性及可靠性，但不保證有關(guān)資料的準(zhǔn)確性及可靠性，讀者在使用前請(qǐng)進(jìn)一步核實(shí)，并對(duì)任何自主決定的行為負(fù)責(zé)。本網(wǎng)站對(duì)有關(guān)資料所引致的錯(cuò)誤、不確或遺漏，概不負(fù)任何法律責(zé)任。任何單位或個(gè)人認(rèn)為本網(wǎng)站中的網(wǎng)頁或鏈接內(nèi)容可能涉嫌侵犯其知識(shí)產(chǎn)權(quán)或存在不實(shí)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)及時(shí)向本網(wǎng)站提出書面權(quán)利通知或不實(shí)情況說明，并提供身份證明、權(quán)屬證明及詳細(xì)侵權(quán)或不實(shí)情況證明。本網(wǎng)站在收到上述法律文件后，將會(huì)依法盡快聯(lián)系相關(guān)文章源頭核實(shí)，溝通刪除相關(guān)內(nèi)容或斷開相關(guān)鏈接。