燒錢、耗時(shí)、缺人才，我國(guó)量子計(jì)算到哪一步了？

“量子計(jì)算的產(chǎn)業(yè)化還需要三大基礎(chǔ)：錢、時(shí)間和人才。每一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)都十分燒錢，錢和時(shí)間都是有限的，人才還不能速成，很多高校里甚至都沒(méi)有量子計(jì)算專業(yè)和正常培養(yǎng)的渠道”，百度量子計(jì)算研究所所長(zhǎng)段潤(rùn)堯，在8月26日舉辦的《AI呀，我去！》科技沙龍上表示。他同時(shí)強(qiáng)調(diào)，盡管從量子技術(shù)到量子產(chǎn)業(yè)之間有著巨大的鴻溝，但如果能夠跨越這條鴻溝，新的量子革命將會(huì)到來(lái)。

段潤(rùn)堯表示，“有將近70%的大型企業(yè)希望能夠進(jìn)行量子計(jì)算相關(guān)的布局，這種布局不一定是直接用量子計(jì)算來(lái)解決實(shí)際業(yè)務(wù)，但是企業(yè)希望做好量子人才或技術(shù)的相關(guān)儲(chǔ)備?！?/p>

IDC報(bào)告顯示，全球量子計(jì)算市場(chǎng)將從2020年的4.12億美元增長(zhǎng)到2027年的86億美元，6年復(fù)合年增長(zhǎng)率超過(guò)50％。“開(kāi)發(fā)者、科技公司、科研機(jī)構(gòu)等每一個(gè)組織都做好自己擅長(zhǎng)的事情，才能夠構(gòu)建成一個(gè)健康的量子生態(tài)?！倍螡?rùn)堯稱。

百度量子計(jì)算研究所所長(zhǎng) ?段潤(rùn)堯

“玄學(xué)”量子計(jì)算——產(chǎn)業(yè)化的三大挑戰(zhàn)

“萬(wàn)物都是由量子構(gòu)成的，我們天天生活在量子的世界，但是又感受不到量子。同樣的，量子計(jì)算讓很多人一頭霧水，它卻能夠在信息安全、藥物研發(fā)等領(lǐng)域有著魔法般的計(jì)算能力和應(yīng)用價(jià)值”，段潤(rùn)堯指出了量子計(jì)算的“玄妙”之處。

曾幾何時(shí)，量子力學(xué)成為了人們口中的“玄學(xué)”——“遇事不決，量子力學(xué)。”而利用量子力學(xué)原理進(jìn)行有效計(jì)算的量子計(jì)算，正在引領(lǐng)新一輪科技發(fā)展的浪潮。

在 IBM、谷歌和百度、阿里等國(guó)內(nèi)外科技公司的大力布局下，量子計(jì)算的技術(shù)不斷突破。不過(guò)，量子計(jì)算從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化，仍存在巨大的鴻溝：

首先，量子計(jì)算還處于早期的發(fā)展階段，量子計(jì)算的價(jià)值需要逐步實(shí)現(xiàn)；其次，現(xiàn)階段量子計(jì)算領(lǐng)域的量子硬件和量子服務(wù)割裂，量子算力難以轉(zhuǎn)化為用戶觸手可及的量子服務(wù)；第三，量子計(jì)算的學(xué)科交叉性，使得量子計(jì)算的產(chǎn)業(yè)化需要聚合多個(gè)領(lǐng)域的科研人員、開(kāi)發(fā)者以及合作伙伴持續(xù)不懈努力。

百度揭秘量子計(jì)算中國(guó)的產(chǎn)業(yè)嘗試

區(qū)別于谷歌、IBM的量子計(jì)算技術(shù)路線，百度積極研發(fā)面向產(chǎn)業(yè)化的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。8月25日，百度發(fā)布了“乾始”超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，和全球首個(gè)全平臺(tái)量子軟硬一體化解決方案“量羲”。

一塊量子芯片、一套極低溫測(cè)試系統(tǒng)便構(gòu)成了一臺(tái)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的核心，看似十分簡(jiǎn)單，但是威力無(wú)窮。

百度超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“乾始”

為什么需要量子計(jì)算機(jī)？段潤(rùn)堯表示，量子計(jì)算是后摩爾時(shí)代的必由之路。隨著量子設(shè)備性能的快速提升，量子優(yōu)勢(shì)的逐步體現(xiàn)，以及量子應(yīng)用的潛在市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，軟硬一體的量子解決方案有助于更多行業(yè)人員使用到量子算力，利用量子計(jì)算加速產(chǎn)業(yè)的量子化升級(jí)。

據(jù)了解，量子計(jì)算機(jī)最大的特點(diǎn)便是“算得快”，并且還不是一般的快——它有著經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的運(yùn)算速度。段潤(rùn)堯以信息安全領(lǐng)域公鑰加密算法RSA為例介紹稱，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需要200萬(wàn)億年，而量子計(jì)算機(jī)只需要幾分鐘就可以輕松完成。

“乾始”是百度自主研發(fā)的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。依托于業(yè)界領(lǐng)先的量子計(jì)算核心技術(shù)，研發(fā)出集 “應(yīng)用、軟件、硬件” 三位一體的工業(yè)級(jí)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，讓量子計(jì)算算力觸手可及。通過(guò)對(duì)高潛量子應(yīng)用、云原生量子軟件平臺(tái)、量子硬件平臺(tái)等自主可控核心技術(shù)的高度集成，乾始將極大地推動(dòng)量子軟硬一體化方案的實(shí)施和落地，加速量子計(jì)算的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

量子硬件平臺(tái)

量子硬件平臺(tái)是百度量子計(jì)算機(jī)的核心組成部分，為量子應(yīng)用和量子平臺(tái)的實(shí)踐和落地提供了重要支撐。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)稀釋制冷機(jī)、微波電子學(xué)設(shè)備、高性能服務(wù)器、量子芯片等核心設(shè)備，以及自研工業(yè)級(jí)測(cè)控平臺(tái)量脈的高度集成，具備自主可控、安全穩(wěn)定、高度自動(dòng)化等核心優(yōu)勢(shì)。

瞄準(zhǔn)高性能超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)目標(biāo)，百度自主開(kāi)發(fā)了以自動(dòng)化、可視化為特色的的測(cè)控平臺(tái)——量脈。受益于量子測(cè)控技術(shù)的持續(xù)積累（核心發(fā)明專利 30 余項(xiàng)），量脈集成了量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)中完備的功能，使得實(shí)驗(yàn)人員能夠高效地進(jìn)行測(cè)控操作；為了大幅提升量子芯片標(biāo)定、校準(zhǔn)和優(yōu)化效率，百度研發(fā)了自動(dòng)化標(biāo)定功能，可以自動(dòng)完成各種復(fù)雜任務(wù)的標(biāo)定和校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守；此外，脈沖編譯功能可以將量子應(yīng)用高效編譯成量子硬件設(shè)備可識(shí)別的脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)量子應(yīng)用和量子硬件的無(wú)縫銜接，極大地提升整個(gè)量子計(jì)算的效率。據(jù)了解，百度將持續(xù)研發(fā)各種測(cè)控技術(shù)，打造面向產(chǎn)業(yè)化的量子硬件平臺(tái)。

量子芯片是超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的重要構(gòu)成，其性能會(huì)直接影響到整個(gè)量子計(jì)算機(jī)的性能和效率。與經(jīng)典芯片設(shè)計(jì)類似，量子芯片設(shè)計(jì)就是在正式“流片”之前，根據(jù)特定需求對(duì)量子芯片的架構(gòu)、規(guī)格、核心器件構(gòu)型和布局、以及布線等等，進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真驗(yàn)證、和繪制，最終生成用于微納加工的量子芯片版圖。百度聚焦于設(shè)計(jì)具有業(yè)界核心競(jìng)爭(zhēng)力的超導(dǎo)量子芯片，提供版圖設(shè)計(jì)、自動(dòng)化布線、特征參數(shù)和性能指標(biāo)仿真驗(yàn)證為一體的實(shí)用化量子芯片解決方案。

受益于超導(dǎo)量子芯片技術(shù)的持續(xù)積累（核心發(fā)明專利 20 余項(xiàng)），百度量子具備了從芯片設(shè)計(jì)到仿真驗(yàn)證再到版圖自動(dòng)化繪制的一整套技術(shù)，最終開(kāi)發(fā)出 gds 掩模版文件直接對(duì)接微納加工實(shí)驗(yàn)室。

作為落地實(shí)踐案例，百度近期完成一款 36-qubit 含耦合器超導(dǎo)量子芯片的設(shè)計(jì)，經(jīng)多種方法交叉仿真驗(yàn)證，關(guān)鍵特征參數(shù)和性能指標(biāo)達(dá)到預(yù)期。

量子軟件平臺(tái)

量子軟件平臺(tái)幫助從量子硬件中抽調(diào)量子算力用于支撐量子應(yīng)用的研發(fā)與展示。百度量子軟件平臺(tái)已經(jīng)打通了從量子應(yīng)用開(kāi)發(fā)，量子算法協(xié)議設(shè)計(jì)，量子資源調(diào)度管理，量子噪聲處理，量子硬件驅(qū)動(dòng)等全流程。

據(jù)稱，百度發(fā)布了全球首個(gè)云量一體的量子機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)“量槳”、全球首個(gè)接入量子硬件的量子網(wǎng)絡(luò)工具集“QNET”、量子計(jì)算應(yīng)用工具集“QAPP”，滿足不同行業(yè)方向?qū)α孔铀惴ê土孔討?yīng)用的設(shè)計(jì)需求；全球首個(gè)云原生量子計(jì)算平臺(tái)“量易伏”，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)、離子阱量子計(jì)算機(jī)等多后端算力接入，同時(shí)具備自有硬件和第三方硬件接入能力，移動(dòng)端、桌面端等多前端使用模式，讓量子算力觸手可及；國(guó)內(nèi)首個(gè)量子噪聲處理工具集“QEP”，全面評(píng)估量子設(shè)備性能，提升量子設(shè)備的計(jì)算結(jié)果精度；國(guó)內(nèi)首個(gè)云上量子脈沖系統(tǒng)“量脈”，搭建量子軟硬件的橋梁。

量子計(jì)算積極探索產(chǎn)業(yè)落地

段潤(rùn)堯認(rèn)為，“乾始”和“量羲”率先打通了量子硬件、量子軟件和量子應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了量子算力到生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)落地“最后一公里”問(wèn)題有望獲得突破。同時(shí)，各類量子芯片也可以做到“即插即用”，讓用戶更低門檻、更便捷地獲得量子算力，做到“人人皆可量子”。

那么，量子計(jì)算具體有哪些應(yīng)用？段潤(rùn)堯表示，量子應(yīng)用就是指使用量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力來(lái)部署相關(guān)服務(wù)，以解決實(shí)際的應(yīng)用問(wèn)題。目前量子計(jì)算的應(yīng)用主要包括量子模擬、組合優(yōu)化、量子機(jī)器學(xué)習(xí)等方向，旨在探索分子化學(xué)、藥物研發(fā)、量化金融、交通規(guī)劃、人工智能、和密碼安全等領(lǐng)域潛在的解決方案。

依托于百度自身的技術(shù)積累和百度量子計(jì)算研究所的科研實(shí)力，百度量子在人工智能、材料模擬、生物計(jì)算、金融科技等多個(gè)關(guān)鍵行業(yè)問(wèn)題上進(jìn)行了探索和突破，在量子應(yīng)用方面提供了量子機(jī)器學(xué)習(xí)工具集“量槳”、量子應(yīng)用工具集“QAPP”、量子網(wǎng)絡(luò)工具集“QNET ”這三個(gè)專注于前沿研究和應(yīng)用落地的工具集。

這三個(gè)工具包均與量易伏相連，可以通過(guò)量易伏平臺(tái)訪問(wèn)真實(shí)量子計(jì)算機(jī)，借助量子算力賦能人工智能、化工醫(yī)藥、智能制造、量子網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用方向。同時(shí)，這些工具集也可以在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，用戶可以首先使用 CPU 或 GPU 的算力設(shè)計(jì)、研發(fā)量子算法原型，并模擬運(yùn)行以調(diào)試算法。

隨著產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的加入，目前，圍繞量子計(jì)算的產(chǎn)業(yè)生態(tài)已經(jīng)初具雛形，量子計(jì)算正在變得觸手可及?！盀閷?shí)現(xiàn)‘人人皆可量子’的美好愿景，百度選擇把復(fù)雜留給自己，把簡(jiǎn)單留給用戶?！倍螡?rùn)堯稱。下一步，百度量子將致力于為企業(yè)提供制定相應(yīng)策略、完善解決方案、適時(shí)投入資金部署等一系列開(kāi)源的方案，并賦能人工智能、能源、制造、金融、交通等多個(gè)領(lǐng)域，讓普通人也可以享受美好的量子時(shí)代。