自此乾坤始：中國量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化的激變時(shí)刻

說起“量子計(jì)算”，你先想起什么？是“遇事不決，量子力學(xué)”的玄乎概念，還是谷歌/IBM等科技巨頭為實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算應(yīng)用價(jià)值的神仙斗法？或許在拋腦洞和掰手腕之間，還有另一種選擇，那就是一步一個(gè)腳印地朝著量子計(jì)算的山峰攀登。

與經(jīng)典計(jì)算相比，量子計(jì)算的最大特點(diǎn)是它能夠進(jìn)行強(qiáng)大的并行計(jì)算，根據(jù)理論設(shè)想，由幾百個(gè)量子比特構(gòu)成的量子計(jì)算機(jī)，利用量子相干疊加原理，計(jì)算能力隨可操縱的粒子數(shù)呈現(xiàn)出驚人的指數(shù)增長，為經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法解決的大規(guī)模計(jì)算難題提供解決方案。

2012年，物理學(xué)家約翰·普萊斯基爾(JohnPreskill)提出了量子計(jì)算的“三座里程碑”，也被國際公認(rèn)是達(dá)成通用量子目標(biāo)的三個(gè)階段——第一座山：量子霸權(quán)。它指的是造出在某個(gè)問題上超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)能力的量子計(jì)算機(jī)。谷歌的懸鈴木、中科大的九章、祖沖之等，都已經(jīng)相繼在特定任務(wù)上實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)算優(yōu)越性。不過，為量子優(yōu)越性打造的量子計(jì)算機(jī)，是針對(duì)特定任務(wù)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)的，主要意義是證明量子計(jì)算的潛力。想要讓量子計(jì)算來解決實(shí)用問題，就需要跨越第二座山：實(shí)用量子模擬機(jī)，制造出專用的量子模擬機(jī)，對(duì)量子體系進(jìn)行精準(zhǔn)制備、操控與測量，為走入商用做準(zhǔn)備。第三座山，是最終、也最困難的目標(biāo)，研制可編程的通用量子計(jì)算機(jī)。

顯然，羅馬不是一天建成的，量子計(jì)算對(duì)于今天的中國，是一場任重道遠(yuǎn)的旅程，但欣慰的是，一批中國科技人已經(jīng)邁出了腳步。九章、祖沖之等量子計(jì)算機(jī)的突破，證明了中國量子在學(xué)術(shù)科研領(lǐng)域達(dá)到了國際一流水平。8月25日，“量見未來”量子開發(fā)者大會(huì)在北京舉辦，會(huì)議期間，百度對(duì)外發(fā)布超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“乾始”，并推出全球首個(gè)全平臺(tái)量子軟硬一體化解決方案“量羲”，則標(biāo)志著中國在量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化上進(jìn)入全球第一梯隊(duì)。

（百度量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化成果“乾始”“量羲”發(fā)布）

百度率先將量子硬件、量子軟件、量子應(yīng)用集成于一體，并提供包括手機(jī)端、電腦端、云開發(fā)等在內(nèi)的全平臺(tái)使用方式，直接降低了量子產(chǎn)業(yè)應(yīng)用門檻，則讓量子變得觸手可及。這一成果所傳遞出的信息讓我們相信，是時(shí)候盡快和大家一起學(xué)習(xí)和了解量子，更重要的是，了解量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化所帶來的新機(jī)與變化。

丈山：量子計(jì)算山高路遠(yuǎn)，但沿途皆是風(fēng)景

講一個(gè)有趣的見聞，在某次媒體座談會(huì)上，我見證了一群民生記者、金融記者、科技記者、物理自媒體人等聚在一起談?wù)摿孔佑?jì)算的場面，大家一直在爭論量子計(jì)算到底有沒有應(yīng)用價(jià)值，能用來做哪些任務(wù)，經(jīng)典計(jì)算真的做不了嗎。這其實(shí)是大眾面對(duì)量子計(jì)算時(shí)，最容易出現(xiàn)的一種想法，就是將發(fā)展量子計(jì)算與經(jīng)典計(jì)算進(jìn)行似是而非的對(duì)比，很像1825年9月“旅行者號(hào)”機(jī)車正式試車時(shí)，一些人趕著馬車與其賽跑，還真的能與火車并駕齊驅(qū)，但蒸汽機(jī)車所開啟的交通和空間革命，顯然是馬車所不可比擬的。

提出量子計(jì)算階段論的物理學(xué)家約翰·普萊斯基爾，把當(dāng)下這個(gè)時(shí)代，稱為“嘈雜中間尺度量子”(NISQ)時(shí)代，在實(shí)現(xiàn)50-100量子比特的中型量子計(jì)算機(jī)后，便可將其應(yīng)用于探索更多現(xiàn)有經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法進(jìn)行但更具開拓性的研究領(lǐng)域。

通用量子計(jì)算的終極目標(biāo)固然山高路遠(yuǎn)，但沿途亦是風(fēng)景，量子計(jì)算進(jìn)入更有價(jià)值的應(yīng)用階段，其實(shí)離我們比想象中近得多。量子計(jì)算的產(chǎn)業(yè)化價(jià)值，表現(xiàn)在近景和遠(yuǎn)景兩個(gè)方面。

從近處看，量子應(yīng)用已經(jīng)啟航，應(yīng)用場景不斷被挖掘。量子計(jì)算雖然目前還不能廣泛應(yīng)用到各種場景當(dāng)中，但在某些特定領(lǐng)域的商用價(jià)值已經(jīng)可以開始顯現(xiàn)。比如迪拜水電局（DEWA）就正在與微軟合作開發(fā)新的量子解決方案，利用量子驅(qū)動(dòng)的Azure服務(wù)，解決能源優(yōu)化問題。?？松梨?、英國石油公司等也與IBM達(dá)成協(xié)議，利用量子計(jì)算應(yīng)對(duì)計(jì)算挑戰(zhàn)，開發(fā)下一代能源和工業(yè)解決方案，提高效率并降低碳排放的潛在影響。

從遠(yuǎn)景看，量子計(jì)算支撐數(shù)字經(jīng)濟(jì)，產(chǎn)業(yè)化賽道正在擴(kuò)張。量子計(jì)算與AI技術(shù)、經(jīng)典計(jì)算相結(jié)合，形成更強(qiáng)大的計(jì)算能力，再通過集成到云端，為千行百業(yè)所用，對(duì)發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)大有裨益。《OECDDigitalEconomyOutlook》明確將人工智能、分布式技術(shù)、量子計(jì)算列為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的三大引擎，《國家十四五規(guī)劃與2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》也提出，打造數(shù)字經(jīng)濟(jì)新優(yōu)勢(shì)，要加快布局量子計(jì)算、量子通信、神經(jīng)芯片、DNA存儲(chǔ)等前沿技術(shù)。

或許我們無法理解量子糾纏的神秘，但至少已經(jīng)明確知道一點(diǎn)：那就是量子計(jì)算絕對(duì)處在一邊研發(fā)、一邊受益的階段，其產(chǎn)業(yè)化會(huì)比想象中來得更快，勢(shì)能也更加迅猛。

薛其坤院士、潘建偉院士、俞大鵬院士也在此次活動(dòng)視頻致辭中提到，各方要共建可持續(xù)的量子生態(tài)發(fā)展環(huán)境，推動(dòng)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

攀登：百度為代表的中國產(chǎn)業(yè)力量

量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化對(duì)于國家與社會(huì)都有著直接強(qiáng)烈的價(jià)值，提早布局當(dāng)然好處更多，但技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化的大門卻沒那么容易推開。將量子技術(shù)應(yīng)用于真正的生產(chǎn)生活，量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化具有很多挑戰(zhàn)。

首先是硬件。經(jīng)典計(jì)算的發(fā)展歷史告訴我們，當(dāng)硬件變得可用時(shí)，會(huì)刺激和加速新算法的發(fā)展。同樣的情況也會(huì)在量子計(jì)算機(jī)上發(fā)生，因此量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化首先要解決硬件難題。一方面，量子計(jì)算機(jī)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線有很多，各家廠商都有自己押注的方向，哪一條路線會(huì)跑到最后還未可知；另外，商用量子計(jì)算機(jī)要求較強(qiáng)的工程化、通用性能力，解決噪音、穩(wěn)定性、容錯(cuò)、通用任務(wù)等問題。技術(shù)領(lǐng)先與自主可控也至關(guān)重要，量子計(jì)算已經(jīng)成為國家科技競賽的焦點(diǎn)，硬件自研為產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定技術(shù)基礎(chǔ)和支撐。在核心的量子計(jì)算硬件層面，有資格參與的玩家不多，谷歌/IBM/微軟/英特爾等科技巨頭在參加量子計(jì)算機(jī)的賽跑，國內(nèi)以中科院、中科大、清華大學(xué)等頂尖科研機(jī)構(gòu)為主，企業(yè)中具備超前布局和研發(fā)能力的則是百度、華為、阿里等頭部企業(yè)。

其次是軟件。相比經(jīng)典計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算的應(yīng)用條件和應(yīng)用適配性都無法同日而語，目前主流的量子應(yīng)用是高校、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、大型企業(yè)通過云端進(jìn)行訪問量子計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化離不開強(qiáng)大穩(wěn)定的量子操作系統(tǒng)來“承上啟下”，向下對(duì)接芯片處理器等硬件，向上支撐中間件、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用軟件與服務(wù)等，以及不斷豐富與實(shí)用的量子應(yīng)用程序。目前國際上谷歌、IBM等公司陸續(xù)公布了各種量子計(jì)算的編程框架及軟件庫。國內(nèi)，也出現(xiàn)了百度的量子機(jī)器學(xué)習(xí)開源框架量槳、百度量子操作系統(tǒng)量易伏、華為的量子計(jì)算軟件云平臺(tái)HiQ等產(chǎn)品。

接下來是生態(tài)。經(jīng)典計(jì)算中，國產(chǎn)硬件和操作系統(tǒng)難以突出外企重圍的關(guān)鍵因素，就是生態(tài)建設(shè)的相對(duì)匱乏。幸好在量子計(jì)算中，中國有著并駕齊驅(qū)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，誰能吸引龐大的量子用戶群體，構(gòu)建起量子計(jì)算系統(tǒng)所適配的應(yīng)用生態(tài)，就能形成產(chǎn)業(yè)級(jí)先發(fā)優(yōu)勢(shì)，避免掣肘于人。這就要求量子硬件與服務(wù)能夠展現(xiàn)出與產(chǎn)業(yè)場景的契合度、商業(yè)可行性，打造面向未來的生態(tài)系統(tǒng)。除了各個(gè)科技企業(yè)加大生態(tài)扶持之外，近年來各地方政府也在量子計(jì)算規(guī)劃下積極培養(yǎng)量子相關(guān)方向的產(chǎn)業(yè)生態(tài)集群。

理解了量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化環(huán)環(huán)相扣的難點(diǎn)之后，下一個(gè)關(guān)鍵詞是：破局。這是對(duì)中國量子產(chǎn)業(yè)力量的考驗(yàn)，也是百度量子實(shí)驗(yàn)室所瞄準(zhǔn)的方向。

這次百度發(fā)布的量子計(jì)算軟硬件解決方案，讓人眼前一亮的地方在于，采取了硬件、軟件、生態(tài)齊頭并進(jìn)、協(xié)同突破的發(fā)展路線，其中頗多可解讀之處。

硬件方面：超導(dǎo)技術(shù)體系+產(chǎn)業(yè)級(jí)“開箱即用”+底層自研能力。“乾始”超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，有三個(gè)核心特點(diǎn)，一是采用超導(dǎo)技術(shù)體系。實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的技術(shù)路線有很多，比如谷歌、IBM、中科大祖沖之都采用的超導(dǎo)路線，英特爾專注硅量子點(diǎn)技術(shù)，九章則采用光量子技術(shù)。相較之下，超導(dǎo)體系擴(kuò)展性好，量子比特相干時(shí)間長，操作速度快，保真度高，加工工藝成熟，這使得“乾始”未來更容易被產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。二是“開箱即用”的產(chǎn)業(yè)級(jí)交付。“乾始”不是一臺(tái)只有量子芯片、稀釋制冷劑等組成的“裸機(jī)”，還搭載了自研量子操作系統(tǒng)量易伏、量子測控平臺(tái)量脈以及豐富的量子應(yīng)用程序，相當(dāng)于一臺(tái)電腦已經(jīng)預(yù)裝好了各種應(yīng)用，消費(fèi)者拿到手可以直接使用，不用額外找人裝機(jī)。三是保證了穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)量子計(jì)算服務(wù)的提供，“乾始”量子硬件平臺(tái)已經(jīng)搭載了10量子比特高保真度超導(dǎo)量子芯片，確保了在核心技術(shù)上的領(lǐng)先性與自主可控。

軟件方面：軟硬一體+全鏈條+全平臺(tái)?，F(xiàn)階段量子計(jì)算領(lǐng)域痛點(diǎn)之一是量子硬件和量子服務(wù)割裂。國內(nèi)外眾多高校都有自己的量子硬件實(shí)驗(yàn)室，但難以將量子算力轉(zhuǎn)化為用戶觸手可及的量子服務(wù)。因此國際上也出現(xiàn)了很多軟件創(chuàng)業(yè)公司，比如總?cè)谫Y近2億美元的RigettiComputing，在研究量子處理器（QPU）、控制系統(tǒng)、編程工具等等。英國公司CambridgeQuantumComputing為商用量子計(jì)算機(jī)提供工具開發(fā)服務(wù)。百度量子的不同之處在于：第一，軟硬件一體。憑借量子硬件自研的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，“量羲”得以實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)對(duì)軟硬件的深度協(xié)同，對(duì)量子算力進(jìn)行充分釋放、調(diào)度和分配，幫助行業(yè)內(nèi)企業(yè)建立軟硬一體化的量子能力。第二，全鏈條。借助百度量子近五年研發(fā)所沉淀的各類工具套件、軟件應(yīng)用與開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，“量脈”把軟件的門電路實(shí)際翻譯成一系列的量子脈沖信號(hào)，云原生的編程平臺(tái)量易伏，量子學(xué)習(xí)工具集量槳，打通軟件、硬件、應(yīng)用三位一體的鏈條，這些技術(shù)和工具產(chǎn)品通過“量羲”解決方案及服務(wù)向外輸出釋放，降低量子應(yīng)用的門檻。第三，全平臺(tái)。“量羲”提供手機(jī)端、電腦端、云開發(fā)等多種使用方式，讓量子的魅力“觸手可及”。

對(duì)于硬件廠商來說，可以專注于提高量子硬件性能，無需擔(dān)心硬件轉(zhuǎn)化為服務(wù)的問題，不同種類的量子芯片都能方便地通過百度量子平臺(tái)對(duì)外輸出量子算力，通過“量羲”可以“即插即用”釋放算力；對(duì)于開發(fā)者來說，無需開發(fā)控制系統(tǒng)和量子編程語言，也無需自己搭建量子機(jī)器，通過“量羲”就能直接調(diào)用底層量子算力并進(jìn)行量子應(yīng)用、量子算法的全流程開發(fā)。對(duì)產(chǎn)業(yè)用戶來說，基于“量羲”的量子云服務(wù)或者私有化部署，能夠打造出量子化解決方案，支撐量子在產(chǎn)業(yè)場景中落地?？偟膩碚f，“量羲”作為量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化的服務(wù)之“魂”，正在讓量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化變得簡單。

生態(tài)方面：量子產(chǎn)業(yè)化全流程打通+產(chǎn)學(xué)研用一體化打通。當(dāng)量子計(jì)算開始邁入產(chǎn)業(yè)化軌道，意味著產(chǎn)業(yè)生態(tài)的匯聚和成型。百度量子一方面，將量子應(yīng)用、量子平臺(tái)、量子硬件進(jìn)行了融合和高度集成，通過“乾始”+“量羲”實(shí)現(xiàn)了從底層硬件、中間操作系統(tǒng)到上層應(yīng)用軟件全流程打通，搭建一條從微觀量子世界通往宏觀現(xiàn)實(shí)世界的橋梁。

另一方面，量子計(jì)算只有走出實(shí)驗(yàn)室、走向產(chǎn)業(yè)原野，為更多企業(yè)所采用，才能幫助中國量子領(lǐng)跑世界。面向?qū)W術(shù)界，百度量子與中科院等學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)合作，接入多種量子硬件；面向產(chǎn)業(yè)界，百度積極推動(dòng)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化，不斷降低量子計(jì)算的學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)門檻，補(bǔ)齊了量子技術(shù)到廣大用戶的最后一環(huán)。

基于關(guān)鍵環(huán)節(jié)的連通，百度鋪好了量子產(chǎn)業(yè)化的康莊大道，量子科技生態(tài)不斷匯聚、可持續(xù)發(fā)展，生態(tài)中的每一個(gè)人、每一家企業(yè)，共同組成了中國在量子科技競賽中處于優(yōu)勢(shì)位置的關(guān)鍵力量。

正如百度CTO王海峰在量子開發(fā)者大會(huì)上所說，科技創(chuàng)新只有真正應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)，在實(shí)踐中驗(yàn)證其價(jià)值，才有長久的生命力。而量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化是發(fā)揮量子價(jià)值的重要方式，最終惠及每一個(gè)人。

遠(yuǎn)望：百度如何凝視技術(shù)未來？

浮出水面的百度量子軟硬一體化解決方案，標(biāo)志著中國在量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化的重大突破，背后是一大波貨真價(jià)實(shí)的技術(shù)輸出。2021年發(fā)布的《中國人工智能高價(jià)值專利及創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力分析報(bào)告》顯示，百度在量子計(jì)算全球高價(jià)值專利及創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力排名中位列國內(nèi)第一、國際第三。

我們?cè)诟袊@百度布局科技前瞻性的同時(shí)，也很好奇到底是什么促使百度為量子這個(gè)超前領(lǐng)域投入如此多的關(guān)注研發(fā)資源？可以從內(nèi)部和外部兩個(gè)方面來看待這個(gè)問題。

從內(nèi)部基因來看，技術(shù)是百度安身立命的信仰，產(chǎn)業(yè)化身位則是其量子戰(zhàn)略與布局因何不凡的原因。超前研究、全面自主、產(chǎn)研融合、規(guī)?；瘧?yīng)用，是百度從互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到AI時(shí)代一路驗(yàn)證的技術(shù)路徑。以AI為例，百度從2010年左右開始布局和構(gòu)建技術(shù)優(yōu)勢(shì)，到推動(dòng)AI低門檻、產(chǎn)業(yè)化，走向千行萬業(yè)的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)核心，百度已經(jīng)成為中國AI產(chǎn)業(yè)的一面旗幟。在更為超前的量子計(jì)算也同樣，2018年百度就組建起一個(gè)完備、專業(yè)、對(duì)量子產(chǎn)業(yè)化充滿熱情的團(tuán)隊(duì)，踏進(jìn)了量子世界的疆域。

從外部環(huán)境來說，百度所處的科技行業(yè)正在不斷逼近技術(shù)“天花板”，經(jīng)典計(jì)算、云計(jì)算、AI等已經(jīng)達(dá)到了理論創(chuàng)新的天花板，開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)規(guī)?；涞仉A段。對(duì)于科技企業(yè)來說，技術(shù)沒有突破就不可能前進(jìn)，普遍承壓。Facebook改名Meta發(fā)力元宇宙、谷歌微軟英特爾都在發(fā)力量子計(jì)算，希望孕育下一個(gè)產(chǎn)業(yè)時(shí)代。在這方面，百度探索出行之有效的發(fā)揮量子實(shí)用價(jià)值的產(chǎn)業(yè)化路徑，是一個(gè)水到渠成的過程，也驅(qū)動(dòng)我國量子產(chǎn)業(yè)走向現(xiàn)實(shí)應(yīng)用、躋身國際第一梯隊(duì)。隨著量子計(jì)算為更多企業(yè)所采用，合理推斷，百度在量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化上的工作，可能會(huì)幫助中國數(shù)字經(jīng)濟(jì)領(lǐng)跑世界，也為自身打開新的增長空間。

中科院院士郭光燦曾把量子計(jì)算比作一個(gè)山洞，鼓勵(lì)中國的科研人員有勇氣沖進(jìn)去，哪怕洞里的一切都是未知的。百度量子從應(yīng)用到底層技術(shù)的層層突圍，不斷穿越一個(gè)又一個(gè)未知的山嶺，也為中國量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化趟出了一條路。

我們現(xiàn)在還無法預(yù)料，量子計(jì)算具體會(huì)改變哪些事，但可以肯定的是，不容錯(cuò)過的量子時(shí)代，中國產(chǎn)學(xué)界正在積極做好準(zhǔn)備。