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量子編程II:宇宙最強IDE

微軟 Q# VS2017 Microsoft 量子計算

量子計算機改變世界,作為一只上進的碼農,我滿心歡喜的去迎接。盡管現在想要得到一臺性價比能與經典計算機抗衡的量子計算機尚不現實,但這依然無法阻擋程序員摩拳擦掌躍躍欲試的熱情。量子計算機還在前方,雖然也許是不遠的前方,終究讓人迫不及待。想起某個蒼白空虛的下午,胸中湧起遙遠的童趣,想要玩一把魂鬥羅,從床底扒出蒙灰的紅白機卻發現點不著了。失落落的時候,網上發現個好用的模擬器,喜大普奔。量子計算機尚不可及,量子計算機模擬器成為一個火熱的方向。畢竟,沒有女朋友,體驗一下娃娃也是不錯的。


三十年前,量子計算機被構想;一百年前,量子力學被創建。景仰前人的創造力之後,我們才發現,經過數十上百年的發展,直到今天,復雜量子體系的模擬都任然是一個巨大的挑戰。就算只是對

100個微觀粒子組成的量子體系進行模擬,也足以耗盡地球上現有的所有經典計算機的算力總和。


從量子層面看物質,我們發現自己日常生活的直觀常識被踐踏了。量子具有各自不同的狀態,而這些狀態之間,居然是互相影響的。經典概率統計學上,狀態之間是獨立的,因而可以采用抽樣統計。研究量子機制時,抽樣是行不通的,因為觀察統計這個行為本身會對量子狀態產生影響。所以,要理解量子過程,必須記錄一個量子體系的所有可能的狀態。


舉個栗子,一個量子體系有50個量子位,每個量子位可能為0,也可能為1。整個量子體系可能的狀態就有250次方種。根據量子基本特性,每個量子位的兩種狀態是同時存在的。要模擬這個量子體系,需要1 P個經典位,也就是

128T Byte的經典內存。這樣的模擬也不是完全不可能,十八摸就模擬了56位量子體系,但是能夠進行這樣的模擬的計算機,全球屈指可數。如果要模擬有300個量子位的體系,所需的內存其bit數量就超過全宇宙原子總數了。


困難是顯而易見的,不過別灰心。如果我們降低期望,只要求模擬少數量子位,這事兒還是很有希望的。巨硬公司已經推出量子編程語言Q#,並在宇宙最強IDE上擴展了量子編程包,在通用經典計算機上提供量子計算機的模擬。擴展包對機器的硬件要求是,只要是能夠按裝Visual Studio 2017的機器都沒問題。


首先在VS2017安裝工具中勾選安裝.NET Core cross-platform development

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在安裝了.NET Core cross-platform development相關組件之後的VS2017中,通過菜單欄進入ToolsàExtension and Updates,下載Microsoft Quantum Development Kit。下載完畢後關閉VS所有窗口,擴展包自動進行安裝。

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然後,就沒有然後了。宇宙最強IDE絕非浪得虛名。只需新建一個項目,就可以在項目類型中找到Q# Application了。

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現在,我們離量子編程只有一個OK點擊的距離。未來已來,魔幻現實主義大片即將上演。

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