（文章來(lái)源：新智元）

谷歌近日發(fā)布 TensorFlow Quantum，該框架可以將機(jī)器學(xué)習(xí)和量子計(jì)算結(jié)合在一起，用于構(gòu)建量子數(shù)據(jù)集、混合量子模型和經(jīng)典機(jī)器學(xué)習(xí)模型、支持量子電路模擬器、訓(xùn)練判別和生成量子模型。各大公司在量子計(jì)算領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)由來(lái)已久，3 月 3 日，霍尼韋爾宣稱三個(gè)月內(nèi)推出 64 量子體積計(jì)算機(jī)，微軟也推出了Azure Quantum。今天我們就來(lái)揭開(kāi)TensorFlow Quantum的神秘面紗。

據(jù)谷歌人工智能博客稱，新的量子電路模擬器和量子計(jì)算模型可以跟標(biāo)準(zhǔn)的 Keras 函數(shù)、現(xiàn)有的 TensorFlow API 無(wú)縫兼容，因此創(chuàng)建量子模型成為可能。在3月6日提交給 arXiv 的一篇論文中詳細(xì)解釋了對(duì)應(yīng)的 Python 框架。這篇論文的 20 多位作者來(lái)自谷歌的X部門，滑鐵盧大學(xué)的量子計(jì)算研究所，美國(guó)宇航局的量子人工智能實(shí)驗(yàn)室，大眾集團(tuán)和谷歌研究院。

“我們希望這個(gè)框架為量子計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)研究團(tuán)隊(duì)提供必要的工具，以探索自然和人工量子系統(tǒng)模型，并最終發(fā)現(xiàn)可能產(chǎn)生量子優(yōu)勢(shì)的新量子算法，”論文寫(xiě)道。“未來(lái)，我們希望擴(kuò)大定制仿真硬件的支持范圍，包括 GPU 和 TPU 的集成”。論文詳細(xì)介紹了結(jié)合開(kāi)源量子電路庫(kù) Cirq 和 TensorFlow 機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)的 TensorFlow Quantum 技術(shù)棧。量子計(jì)算的狂熱愛(ài)好者們希望這項(xiàng)技術(shù)可以帶來(lái)高效的模擬特性，為生命科學(xué)、解密、化學(xué)或材料開(kāi)發(fā)以及優(yōu)化提供助力。

為什么要使用量子計(jì)算，TensorFlow Quantum 優(yōu)勢(shì)如何？“機(jī)器學(xué)習(xí)在傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模型方面有很多應(yīng)用，例如癌癥檢測(cè)的圖像處理，地震余震檢測(cè)，預(yù)測(cè)極端天氣和探測(cè)新的系外行星”。谷歌TensorFlow Quantum 技術(shù)主管 Masoud Mohseni 說(shuō)， “但是今天的機(jī)器學(xué)習(xí)算法是使用經(jīng)典數(shù)據(jù)建立和訓(xùn)練的，而自然本身就是量子的，所以為了在更深層次上模擬自然，我們需要擴(kuò)展機(jī)器學(xué)習(xí)從量子數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)的能力，這就是這個(gè)庫(kù)所能做到的。”

TensorFlow Quantum 最大的好處在于，它為量子機(jī)器學(xué)習(xí)中使用的常見(jiàn)子程序提供了幾種工具，從而使量子經(jīng)典混合模型易于訓(xùn)練，同時(shí)還提供了一個(gè)打包好的高性能量子計(jì)算模擬器。滑鐵盧大學(xué)阿希姆肯普夫教授的信息物理實(shí)驗(yàn)室成員布勞頓，為了研究量子機(jī)器學(xué)習(xí)創(chuàng)立了這個(gè)項(xiàng)目。該項(xiàng)目的另一個(gè)合作者弗登和布勞頓曾在谷歌一起實(shí)習(xí)，現(xiàn)在兩人都在谷歌全職工作，共同促進(jìn)了這個(gè)項(xiàng)目的發(fā)展。

“這個(gè)項(xiàng)目誕生于一段友誼，這段友誼最終引發(fā)了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的共鳴”，滑鐵盧大學(xué)數(shù)學(xué)系的博士生弗登如是說(shuō)， “通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目，我們的目標(biāo)是將量子計(jì)算能力與目前最先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)相結(jié)合來(lái)擴(kuò)展人工智能的能力，從而將經(jīng)典人工智能的范圍擴(kuò)展到量子領(lǐng)域。”軟件有TFQ，硬件有量子計(jì)算機(jī)！77 位作者的谷歌量子霸權(quán)論文登上Nature封面

去年 9 月份谷歌實(shí)現(xiàn) “量子霸權(quán)” 的新聞沸沸揚(yáng)揚(yáng)，10 月份由 77 位作者撰寫(xiě)的重磅論文《使用可編程超導(dǎo)處理器達(dá)到的量子霸權(quán)》(Quantum supremacy using a programmable superconducting processor)登上了Nature封面，將這一事件推向了高潮。據(jù)悉，該量子系統(tǒng)完成一個(gè)計(jì)算只用200 秒，而同樣的計(jì)算用當(dāng)今最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī) Summit 執(zhí)行，需要約10000 年。

工欲善其事必先利其器。顯然有了 54 量子比特處理器的量子計(jì)算機(jī)，就必須要有與之相匹配的算法。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)使用的“不是0就是1”的二進(jìn)制算法，在量子計(jì)算機(jī)這種“1,0疊加計(jì)算”的特性上，毫無(wú)用武之地。而谷歌最新TFQ算法的提出，為更好的利用量子計(jì)算機(jī)奠定了基礎(chǔ)。

它提供了一組運(yùn)算符、低級(jí)編程模塊，以及用來(lái)創(chuàng)建與量子比特、量子邏輯門和量子電路配合使用的AI模型。TFQ降低了量子計(jì)算coding的復(fù)雜性，減少了研究人員敲代碼的工作量。谷歌在量子計(jì)算的路上越走越遠(yuǎn)，硬件有量子計(jì)算機(jī)，軟件有TFQ，倚天屠龍?jiān)谑值募纫暩小Ｎ磥?lái)，谷歌將向合作者和學(xué)術(shù)研究人員，以及對(duì)開(kāi)發(fā)算法和應(yīng)用程序感興趣的公司提供量子霸權(quán)級(jí)處理器。

另外，谷歌還有意打造一臺(tái)容錯(cuò)的量子計(jì)算機(jī)，這樣的設(shè)備有許多有價(jià)值的應(yīng)用場(chǎng)景。我們可以設(shè)想量子計(jì)算幫助設(shè)計(jì)新材料 ，研發(fā)生產(chǎn)肥料的新型催化劑 (目前這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生的碳排放量占全球的 2% 以上)，以及開(kāi)發(fā)更有效的藥物，比如新冠病毒疫苗。

（責(zé)任編輯：fqj）