IBM扩展Qiskit，世界上性能最好的量子软件

Qiskit现在被提炼为一个全面的量子软件堆栈，专注于性能和稳定性，以充分利用公用事业规模量子硬件的力量，并使用户能够运行越来越复杂的量子电路来寻找量子优势。

纽约州约克镇高地，2024年5月15日/PRNewswire/-IBM（NYSE:IBM）今天宣布其全球采用的量子软件Qiskit的发展和扩展。Qiskit作为软件开发工具包（SDK）于2017年推出，是一种开源工具，已允许超过55万用户在IBM的量子硬件系统上构建和运行量子电路，迄今为止已执行了超过3万亿个量子电路。

Qiskit的最新版本已经扩展到一个全面的软件堆栈，以提供更高的性能。它从一开始就是一个流行的量子软件开发工具包，用于探索和运行量子计算实验，并发展成为一个稳定的SDK和服务组合，旨在使用户在100多个量子位的IBM量子计算机上运行复杂的量子电路时，能够提高性能。

这一扩展将为IBM量子网络的成员提供最具性能的Qiskit功能，以在各自的领域发现下一代量子算法：这将在他们发现量子优势中发挥重要作用。

为了获得量子优势，用户需要一个工具集，该工具集可以利用先进的经典计算和量子计算来映射他们的问题；利用量子优化问题以实现高效执行；然后在真实的量子硬件上有效地执行量子电路。IBM在过去的七年里一直在开发这些工具，现在这些工具组合在一起构成了Qiskit软件堆栈。

Qiskit的这一扩展包括其起源以来的100多个版本，作为一种用于研究量子计算机内部工作的开创性研究工具。如今，Qiskit已经成熟为一个软件栈，企业、政府组织、研究机构和大学都在其上进行大规模量子实验。

Qiskit的扩展软件堆栈包括：

Qiskit SDK v1.x的稳定发布，用于构建、优化和可视化量子电路。人工智能为量子硬件提供量子电路优化，嵌入Qiskit Transpiler服务。Qiskit运行时服务的简化执行模式，可针对量子硬件上量子电路的高性能执行进行定制。Qiskit代码助手由基于watsonx的生成人工智能模型提供支持，用于自动开发量子代码Qiskit无服务器开源工具，用于在量子硬件和经典集群中运行以量子为中心的超级计算工作负载。

Qiskit SDK中新功能的部署和改进使用户能够以比Qiskit 0.331快39倍的速度优化量子硬件电路。Qiskit还设计用于减少开销和缩小电路占地面积，与Qiskit 0.43.2相比，内存使用量平均减少了3倍

与使用没有AI优化的Qiskit SDK相比，使用Qiskit Transpiler服务，用户可以通过结合AI和启发式通道来减少电路深度。

IBM quantum研究员兼副总裁Jay Gambetta表示：“量子计算的全球采用以及量子优势的发现，将需要领先的量子硬件与强大且高性能的软件堆栈相结合来运行工作负载。”。“这两个支柱是在公用事业规模的量子硬件上开始的算法发现的基础。随着不断增长的量子生态系统将其最困难的问题映射到量子电路，Qiskit堆栈将成为探索量子计算擅长的计算空间的基石。”

IBM在2023年首次展示了其量子硬件的实用规模能力。这标志着一个时代的开始，在这个时代，量子硬件可以比模拟量子计算机的经典计算机更快、更准确地运行量子电路。Qiskit软件栈现在旨在最大限度地提高先进量子硬件的性能，旨在帮助全球用户生态系统发现新的量子算法，探索量子计算机在哪里是解决任何经典方法挑战的最佳方式。

“Qiskit为E.ON提供了一系列重要的工具，帮助我们探索量子计算如何帮助我们应对能源行业的财务和运营复杂性，”E.ON数据和人工智能-能源智能主管Giorgio Cortiana说。“作为构建和发现可应用于商业用例的量子算法的性能基础，Qiskit使我们的团队能够推进公用事业规模的原型，目的是找到应对欧洲能源行业挑战的新解决方案。”

洛斯阿拉莫斯国家实验室的高级科学家Stephan Eidenbenz说：“几年前，我们开始在量子计算工作中使用Qiskit，这是帮助开发量子劳动力的一部分。”。“实验室研究人员每天都使用Qiskit与IBM的量子硬件后端进行交互，并测试新的算法思想。Qiskit的开放性还为我们的团队提供了添加编译器优化通道并允许脉冲级访问的能力。”

“在布鲁克海文，我们使用Qiskit在IBM的量子硬件上执行电路，迄今为止已经发表了近20篇论文，包括探索物理学、动力学系统、凝聚态系统等前沿。Qiskit还使我们的团队能够开发扩展，推动我们对玻色子和混合量子比特玻色子电路的探索，以及它们如何推进基本量子算法的开发和纠错，”布鲁克海文国家实验室能源与光子科学副实验室主任James Misewich说。“随着我们推进量子计算的科学应用，我们通过布鲁克海文量子优势联合设计中心，将IBM的Qiskit资源和教程纳入了我们的教育计划，我们在该中心与石溪大学等学术机构合作，为未来的量子劳动力做准备。”

橡树岭国家实验室能源部量子科学中心主任Travis Humble表示：“对于我们在橡树岭国家实验所的量子计算用户项目来说，量子计算软件的进步有助于支持我们的用户群体及其开发技术的创新和快速增长。”。“软件性能的提高将显著影响用户测试和评估当今量子计算系统潜力的方式。”

Q-CTRL的首席执行官兼创始人Michael J.Biercuk表示：“Q-CTRL的团队热衷于使用Qiskit进行构建。它灵活的新界面和增强的稳定性使我们能够在我们强大的性能管理软件的基础上高效地构建简单的抽象，使最终用户可以用一个命令探索他们最棘手的问题。”

专为量子效用时代而建

通过对快速发展的量子硬件的支持，包括供应商不可知的灵活性，Qiskit软件堆栈旨在运行突破性的量子电路，以推进量子实用时代。这是通过用Rust编程语言取代性能关键代码，以及实现量子电路高效执行的完整工具组合来实现的。

随着IBM继续沿着其IBM量子开发和创新路线图向纠错系统迈进，该公司预计Qiskit将继续提供一个开放、迭代和协作开发新量子算法和应用程序的框架，并与跨行业和领域专业领域不断增长的全球客户生态系统相结合。

此外，这些先进的功能将旨在帮助用户将经典和量子计算资源编织成一种新的高性能计算范式，该范式由以量子为中心的超级计算定义，集成了QPU、GPU和CPU。通过Qiskit的高性能软件层进行编排，高性能计算的下一个发展旨在为全球行业开辟新的、大的、强大的空间。

免责声明：当用户可以使用类似的功能时，IBM关于Qiskit性能的声明将软件的当前迭代与其先前版本的性能进行了比较。在2021年IBM量子峰会上，Qiskit 0.33的总速度时间相当于430.89秒。自2024年2月发布以来，Qiskit 1.0的总速度时间为10.9秒。免责声明：当用户可以使用类似的功能时，IBM关于Qiskit性能的声明将软件的当前迭代与其先前版本的性能进行了比较。Qiskit 0.43的内存使用量在2023年5月相当于1750 MiB。Qiskit 1.0内存使用量在2024年2月发布时相当于580 MiB。

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来源IBM