專為量子相位估計演算法設計的開源工具箱問世

Posted By MakerPRO編輯部 on 5 月 13, 2026 in 廠商資訊, 技術新訊, 新聞稿 | 0 comments

法國矽基量子運算公司Quobly與鴻海研究院（Hon Hai Research Institute）正式發布由雙方共同開發的開源數值工具箱。該工具箱專為量子相位估計（Quantum Phase Estimation, QPE）演算法設計，QPE是容錯量子運算的基石，在量子化學與材料科學領域具有極為關鍵的應用價值。

在未來的容錯量子電腦上，QPE是計算分子系統「基態能量（Ground-state energies）」的核心演算法。儘管其理論特性與漸近成本（Asymptotic cost scalings）已具備完善的研究基礎，但由於在傳統電腦上模擬超越玩具模型（Toy models）的QPE難度極高，導致實務上的資源估算與性能權衡（Performance trade-offs）仍有待深入探索。

此次發布的工具箱旨在彌補這一差距。它為研究人員提供了一個實用的環境，得以深入探討QPE的實現方式及其對資源需求的影響，並重點關注演算法功能區塊（Building blocks）以及實際執行時的各項約束。

從理論邁向實踐：全面探索QPE工作流程

這套QPE工具箱（QPE Toolbox）的設計初衷，是讓量子演算法從業者能夠透過動手實作，對整個QPE工作流（從化學預處理到相位估計）建立數值上的直觀理解。該工具箱設定的運算範疇，既能挑戰傳統模擬的極限，又能在運算時間上保持可處理性。

基於先進的張量網絡（Tensor Network）技術，此工具箱協助使用者：

使用DMRG（密度矩陣重整化群）與矩陣乘積態（MPS）準備具物理意義的初始狀態。
藉由Trotterization的乘積公式（Product Formula），或採用基於區塊編碼（Block-encoding）的Qubitization方法，將分子哈密頓量編碼至量子電路中。
將教科書上的標準QPE與單輔助量子位元的強健相位估計（Robust Phase Estimation, RPE）進行對比。
在無需實際執行電路的情況下，預先分析電路深度、閘門數量（Gate counts）及誤差來源。

該工具箱架構於開源的quimb函式庫之上，並可與PySCF等標準量子化學工具對接，確保與現有的研究工作流程無縫相容。首發版本定位為教育與探索性框架，旨在幫助研究人員建立對QPE及其變體在實際應用中的直覺。

模組化工具：支援現實場景的數值實驗

QPE工具箱並非試圖模擬目前傳統運算仍無法觸及的早期容錯量子電腦，而是專注於在傳統運算可及的範圍內，進行具實踐性且可解釋的數值實驗。透過此平台，研究者能詳細探索演算法選擇、初始化保真度以及哈密頓量編碼策略。

該工具箱支援的典型應用案例（包括但不限於）：

完整電路執行：約10–20個量子位元，電路規模涵蓋1,000至100,000個閘門。
基態準備：針對約20–30個量子位元的系統。
哈密頓量編碼：針對約20–30個量子位元的系統。

執行效率：以上作業通常在標準筆記型電腦上數小時內即可完成。

這些功能讓研究人員能深入研究精確度、電路深度與資源需求之間的權衡，進而對QPE構建模塊的行為建立實務見解。因此，該工具箱主要作為教學與探索平台，幫助彌合理論提案與具體實施限制之間的鴻溝。

開放協作與持續演進

QPE工具箱以開源形式發布，並期待隨社群反饋持續演進。未來開發計畫將包含變分電路合成、壓縮費米子編碼（Compressed fermionic encodings）以及更大規模的張量網絡模擬。

GitHub下載網址：https://github.com/quobly-sw/qpe-toolbox

工具箱內附相關文件與範例工作流，協助研究人員探索QPE流程的各項組件。

這套由雙方共同開發的軟體現已開放供學術界與研究人員免費使用。此次合作反映了鴻海研究院與Quobly的共同承諾：推動演算法與硬體的協同設計（Co-design），並加速邁向實用化容錯量子運算的進程。

Quobly於 2022 年成立於法國格勒諾布爾（Grenoble），奠基於世界級研究機構 CEA-Leti 與法國國家科學研究中心（CNRS）長達 15 年以上的合作研究，結合量子物理與微電子的專業知識。共同創辦人包括量子物理學博士 Maud Vinet（發表超過 300 篇論文並擁有 70 多項專利），以及半導體量子工程領軍專家 Tristan Meunier（師承諾貝爾獎得主 Serge Haroche）。Quobly 旨在串聯科學與產業，使量子運算具備可擴展性與可製造性。

該公司與意法半導體（STMicroelectronics）建立策略合作夥伴關係，以加速其矽量子晶片的工業化進程。2023 年，Quobly 籌集了 1,900 萬歐元，創下歐洲量子硬體新創公司種子輪最高融資紀錄；隨後於 2025 年再獲得 2,100 萬歐元資金，用以推進其 Q100T 計畫，這是邁向容錯量子運算（Fault-tolerant quantum computing）的關鍵一步。Quobly 目前在法國、新加坡及加拿大設有辦事處。