在最近幾期文章中，我們已經(jīng)著重介紹了一些在量子賽道上邁出踏實步伐的國外公司，比如 IBM和谷歌。今天，我們就來看看另一家在互聯(lián)網(wǎng)時代，憑借操作系統(tǒng)等軟件叱咤風(fēng)云的國際公司，微軟（Microsoft），以及其在量子計算等領(lǐng)域做出的一些卓越貢獻(xiàn)。

以操作系統(tǒng)為基石，領(lǐng)導(dǎo)世界PC軟件開發(fā)

微軟是一家美國跨國科技企業(yè)，由比爾·蓋茨（Bill Gates）和保羅·艾倫（Paul Allen）于1975年4月4日創(chuàng)立。公司總部設(shè)立在華盛頓州雷德蒙德（Redmond，毗鄰 Seattle 西雅圖），以研發(fā)、制造、授權(quán)和提供廣泛的電腦軟件服務(wù)業(yè)務(wù)為主。其最為著名和暢銷的產(chǎn)品為 Windows 操作系統(tǒng)和 Office 系列軟件，并且該公司是全球最大的電腦軟件提供商、世界PC（Personal Computer，個人計算機(jī)）軟件開發(fā)的先導(dǎo)。

從1985年開始，微軟開始發(fā)行 Microsoft Windows1.0，它是Windows系列的第一個產(chǎn)品，同時也是微軟第一次對 PC 操作平臺進(jìn)行用戶圖形界面的嘗試。系統(tǒng)起初是 MS-DOS模擬環(huán)境，后續(xù)由于微軟對其進(jìn)行不斷更新升級提升易用性，使Windows 成為了應(yīng)用最廣泛的操作系統(tǒng)。截至目前（2022年1月2日），桌面端最新版本是 Windows 11，服務(wù)器最新版本是 Windows Server 2022。

PC 硬件上運(yùn)行的程序在技術(shù)上并不一定比其所取代的大型程序要好，但它有兩項無法超越的優(yōu)點(diǎn)：它為終端用戶提供了更大的自由，而且價格更低廉。微軟的成功也伴隨著 PC 蓬勃發(fā)展序幕的拉開。微軟產(chǎn)品的主要優(yōu)點(diǎn)是它的普遍性，讓用戶從所謂的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)中得益。

進(jìn)入本世紀(jì)初，移動端迎來井噴式的發(fā)展。2000年，諾基亞（Nokia）成為全球首屈一指的手機(jī)制造廠商。但很快，隨著安卓和 ISO 的發(fā)布，諾基亞的市場受到了嚴(yán)重蠶食。彼時，在移動端落后的微軟在2011年嘗試與諾基亞聯(lián)手，開辟新的增長點(diǎn)，然而仍以失敗收場。最終讓這位巨人重新站立起來的是其在2010年發(fā)布的云產(chǎn)品：微軟 Azure。目前，微軟 Azure 是全球第二大的云服務(wù)提供商，僅次于亞馬遜（Amazon）旗下的云服務(wù) Amazon Web Service。

在量子計算方面，微軟也早早進(jìn)行了布局，比如其開發(fā)量子編程語言 Q# 和開發(fā)工具 QDK，從而使得開發(fā)人員可以利用該套件為量子計算機(jī)編寫應(yīng)用程序；而云生態(tài) Azure Quantum 則是一套多樣化的量子服務(wù)，包含了從預(yù)先構(gòu)建的解決方案到量子軟件和硬件，并可以為開發(fā)者和客戶提供市場最具競爭力的量子服務(wù)。這些產(chǎn)品也使得微軟在量子賽道上具有一席之地。

搭建量子生態(tài)，推動量子技術(shù)走向現(xiàn)實

微軟量子團(tuán)隊的創(chuàng)新跨越了量子全棧開發(fā)的每一層，從軟件和應(yīng)用程序到控制和設(shè)備。這其中更包括對可擴(kuò)展到通用量子計算機(jī)的容錯拓?fù)淞孔颖忍兀═opological Qubit）的追求。旗下的量子云服務(wù)Azure Quantum，可以通過大規(guī)模的量子系統(tǒng)來幫助人們解決世界上最復(fù)雜問題的挑戰(zhàn)。接下來小編就帶大家梳理下微軟在量子計算方面的一些產(chǎn)品和成果。

1998年，微軟的研究人員就提出了一組非交換群，它們的隱含子群問題可以在量子計算機(jī)上有效地解決。因為在隱含子群問題上，量子計算看起來比經(jīng)典計算更具有解決能力。比如大素數(shù)因子分解可以歸類為一類隱含子群問題，而量子 Shor 算法就可以在多項式時間內(nèi)獲得解。

2003年，研究人員提出了一種使用回文變換來編譯量子電路的方法，主要提出了將任意 酉矩陣編譯為( )受控單量子比特和( )受控非門的有效電路的新算法，并率先提出一個一般的代數(shù)優(yōu)化技術(shù)，可以減少傳統(tǒng)的兩級分解方法生成的量子門數(shù)。

2007年，微軟發(fā)布了關(guān)于非交換任意子與拓?fù)淞孔佑嬎愕木C述。拓?fù)淞孔佑嬎闶菢?gòu)建容錯量子計算機(jī)最令人興奮的方法之一。具體地，量子信息可以用多個具有拓?fù)浜啿⑿缘臏?zhǔn)粒子進(jìn)行存儲，然后通過編織準(zhǔn)粒子，測量準(zhǔn)粒子的狀態(tài)來就可以實現(xiàn)量子計算所必需的酉運(yùn)算。而且其容錯性來自于準(zhǔn)粒子狀態(tài)的非局部編碼，這使得其對局部擾動引起的錯誤免疫。

2014年，微軟發(fā)布了一款一個模塊化軟件架構(gòu)設(shè)計LIQUi|?，以控制量子硬件。它可以方便地編程、編譯和模擬量子算法和電路，并且獨(dú)立于特定的量子結(jié)構(gòu)，它還允許提取可用于優(yōu)化、渲染或翻譯的線路數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。具體的體系架構(gòu)可見下圖。

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-454165.html

2018年，微軟發(fā)布了 Q#，一門高級領(lǐng)域特定語言，可以支持可伸縮的量子計算和開發(fā)。作為一種編程語言，Q# 從 Python、C# 和 F# 中汲取了熟悉的元素，并支持使用循環(huán)、分支語句和常用數(shù)據(jù)類型編寫程序的基本過程模型。它還引入了新的特定于量子的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作。其中包括 Q# 庫、量子模擬器、其他編程環(huán)境的擴(kuò)展和 API 文檔。

2019年，微軟繼續(xù)推出其量子開發(fā)工具包（Quantum Development Kit，QDK），其是功能完善的 Q# 開發(fā)工具包，可與常用工具和語言結(jié)合使用來開發(fā)可在各種環(huán)境中運(yùn)行的量子應(yīng)用程序。而且除了標(biāo)準(zhǔn) Q# 庫，QDK 還包括化學(xué)庫、機(jī)器學(xué)習(xí)庫和數(shù)字庫。

2019年11月，微軟正式發(fā)布開放云量子計算服務(wù)的計劃Azure Quantum，它能讓客戶訪問多種量子后端。此外用戶可以只編寫代碼一次，然后針對同一系列的多個目標(biāo)運(yùn)行它（無需更改或僅需少量更改），從而讓開發(fā)者更專注于算法級別的編程。Azure Quantum 提供兩個主要的量子解決方案路徑：量子計算部分可以了解各種硬件技術(shù)以及學(xué)習(xí)、試驗和構(gòu)建原型；優(yōu)化部分可以幫助開發(fā)解決方案解決現(xiàn)實組合優(yōu)化問題。

2021年，微軟研究人員開發(fā)了一種低溫CMOS芯片，用于產(chǎn)生多個量子位的控制信號。目前成規(guī)模的量子計算機(jī)將需要能夠操作和讀出大量量子比特的控制接口，而這些接口通常在毫微溫下工作。而研究人員提出的方法可以很好的在比深空冷40倍的環(huán)境下運(yùn)行，直接為成千上萬的量子比特產(chǎn)生控制信號加以控制。詳情可見《全球量子科技與工業(yè)快訊第四十六期》。

研究和領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊

Matthias Troyer 于1994年在瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）獲得博士學(xué)位后，隨后在東京大學(xué)做博士后，然后回到蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院擔(dān)任計算物理學(xué)教授，直到2017年初加入微軟的量子計算項目并擔(dān)任杰出科學(xué)家。其目前從事量子計算的各種主題，從材料和量子器件的模擬到量子軟件，算法和未來量子計算機(jī)的應(yīng)用。且其研究興趣廣泛，從高性能計算和量子計算到量子設(shè)備和臨近生態(tài)系統(tǒng)的模擬。

Martin Roetteler 于2001年在德國卡爾斯魯厄大學(xué)（Karlsruhe Institute of Technology）獲得博士學(xué)位。并在加拿大滑鐵盧量子計算研究所的博士后研究員(2003-2004)。隨后擔(dān)任 NEC 美國實驗室的高級研究人員(2005-2013)和NEC的量子IT小組的負(fù)責(zé)人。并于2013年加入微軟研究院，目前擔(dān)任微軟量子-雷德蒙德公司的首席研究經(jīng)理。其研究集中在量子算法、量子糾錯、量子電路和量子編程語言。其成功參與開發(fā) Azure Quantum，微軟的 QDK，以及 Q# 的軟件庫等。

Krysta M. Svore 于2006年獲得了哥倫比亞大學(xué)（Columbia University）計算機(jī)科學(xué)博士學(xué)位。其目前在位于雷德蒙德的微軟研究院領(lǐng)導(dǎo)微軟量子構(gòu)架(QuArC)小組。她熱衷于量子計算，并重點(diǎn)研究量子算法以及如何使用量子計算機(jī)來解決一些世界上最具挑戰(zhàn)性的問題，從如何用高級編程語言編寫算法，到如何優(yōu)化它們所需的資源，再到如何在硬件中實現(xiàn)它們。她們的團(tuán)隊致力于設(shè)計一個可擴(kuò)展的、容錯的軟件架構(gòu)，用于將一個高級量子程序轉(zhuǎn)換為一個低級的、特定于設(shè)備的量子實現(xiàn)。

Peter Krogstrup 于2013年在哈佛大學(xué)（Harvard University）理學(xué)院取得了博士學(xué)位。隨后，他成為尼爾斯波爾研究所量子設(shè)備中心的助理教授，并在2015年與微軟在量子物理相關(guān)的晶體材料方面達(dá)成合作關(guān)系。自那以后，他在量子材料開發(fā)方面的創(chuàng)新方法發(fā)展成為他開發(fā)、建立和領(lǐng)導(dǎo)哥本哈根微軟量子材料實驗室，且目前擔(dān)任哥本哈根微軟量子材料實驗室的科學(xué)總監(jiān)。

總結(jié)

微軟最初憑借其windows操作系統(tǒng)發(fā)家，而且經(jīng)過多年的發(fā)展，目前也已經(jīng)在全球 PC 操作系統(tǒng)市場形成了壟斷地位；而其另一款暢銷產(chǎn)品則是 Office 系列軟件，這些軟件也助其成為全球最大的電腦軟件提供商、世界 PC 軟件開發(fā)的先導(dǎo)。雖然微軟錯失了移動端和硬件的發(fā)展機(jī)遇，云端的成長讓這位往昔的巨人依舊屹立。在2021年6月23日，其市值突破2萬億元，是繼蘋果之后美國第二家市值突破2萬億元的企業(yè)。

微軟在量子計算方面，主要押寶了具有革命性拓?fù)淞孔佑嬎?，期望以拓?fù)淞孔颖忍貫榛A(chǔ)的量子計算機(jī)能夠做到容錯計算。在軟件方面，微軟推出了云服務(wù) Azure Quantum，并在其上集成了前端的開發(fā)語言與工具，使得開發(fā)人員只需關(guān)注高級語言的開發(fā)，而后端則與多家量子硬件系統(tǒng)公司合作，為用戶提供多種量子硬件接入應(yīng)用。Azure Quantum 成功的為開發(fā)者和客戶提供預(yù)先構(gòu)建的解決方案以及軟件和量子硬件，且目前已經(jīng)成為世界上第一個完整的、開放的量子云生態(tài)系統(tǒng)，而這也將進(jìn)一步推動量子技術(shù)走向現(xiàn)實。

封面圖片：微軟 Azure，薛定諤的??｜來源：微軟

參考來源：

1.微軟中國官網(wǎng)，https://www.microsoft.com/zh-cn/

2.微軟，百科百科，https://baike.baidu.com/item/%E5%BE%AE%E8%BD%AF/124767?fr=aladdin

3.微軟，Wikipedia: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BE%AE%E8%BD%AF

4.Microsoft Research，Quantum computing, https://www.microsoft.com/en-us/research/research-area/quantum-computing/?facet%5Btax%5D%5Bmsr-research-area%5D%5B0%5D=243138&sort_by=most-recent

5.Microsoft Quantum program website, https://azure.microsoft.com/en-us/solutions/quantum-computing/

6.Microsoft Research Blog , https://www.microsoft.com/en-us/research/blog/

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