智東西（公眾號(hào)：zhidxcom）
作者 | 夏舍予
編輯 | 徐珊
智東西8月25日?qǐng)?bào)道，今日，百度首屆量子開發(fā)者大會(huì)在北京亦莊舉行。大會(huì)上，百度正式發(fā)布產(chǎn)業(yè)級(jí)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“乾始”和全平臺(tái)量子軟硬一體化解決方案“量羲”。兩者的發(fā)布，說(shuō)明百度打通了量子計(jì)算從硬件到平臺(tái)，再到軟件應(yīng)用的全鏈條，百度量子實(shí)驗(yàn)室開始向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
什么是量子計(jì)算？量子計(jì)算就是一種按照既定的算法和程序?qū)α孔討B(tài)進(jìn)行操控的過(guò)程。量子計(jì)算能應(yīng)用在任何需要數(shù)據(jù)處理的領(lǐng)域，如人工智能、破譯密碼、生物制藥等。
▲百度發(fā)布“乾始”和“量羲”
近年來(lái)，百度一直積極布局量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)，不斷推進(jìn)新技術(shù)研發(fā)。2018年3月，百度量子成立，這幾年來(lái)，百度量子陸續(xù)發(fā)布了云上量子脈沖系統(tǒng)“量脈”、云量一體量子機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)“量槳”、云原生量子計(jì)算平臺(tái)“量易伏”，以及量子學(xué)習(xí)知識(shí)庫(kù)“量易簡(jiǎn)”。
今天，百度又發(fā)布了“乾始”和“量羲”?！扒肌奔孔佑布④浖脚_(tái)、量子應(yīng)用于一身，已接入第三方超導(dǎo)與離子阱量子硬件。“量羲”具備適配超導(dǎo)、離子阱等多類型主流量子芯片，可實(shí)現(xiàn)量子芯片“即插即用”。
一、由量子芯片供能，超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“乾始”發(fā)布
會(huì)上，百度量子計(jì)算研究所所長(zhǎng)段潤(rùn)堯博士為我們介紹了“乾始”的更多細(xì)節(jié)。段潤(rùn)堯博士說(shuō)，“乾始”分為三個(gè)層次，底層是硬件，中間是軟件，上層是應(yīng)用，而其中最核心的就是底層的硬件。
▲百度量子計(jì)算研究所所長(zhǎng)段潤(rùn)堯
百度研究團(tuán)隊(duì)在底層的極度低溫環(huán)境下放置了一個(gè)量子芯片，該芯片搭載10個(gè)量子比特，能為量子計(jì)算機(jī)提供所有的算力，接下來(lái)他們將繼續(xù)設(shè)計(jì)搭載36個(gè)量子比特的芯片并投入流片。而中間的操作系統(tǒng)叫做量易伏，段潤(rùn)堯博士解釋，這是“量子易于降伏”的意思，該系統(tǒng)可以讓程序員查詢各種編程方式。上層是各種各樣的應(yīng)用，這些應(yīng)用由量槳工具集提供。量槳工具集是一種把量子計(jì)算和深度學(xué)習(xí)平臺(tái)飛槳結(jié)合起來(lái)的工具。
▲“乾始”全景圖
在此基礎(chǔ)上，百度推出了全平臺(tái)量子軟硬一體解決方案“量羲”。全平臺(tái)意味著前段包含了移動(dòng)端、PC端、云端?！傲眶恕碧峁┧接谢渴稹⒃品?wù)、硬件接入等服務(wù)，可以極大簡(jiǎn)化從量子硬件部署到量子服務(wù)的全流程。“量羲”具備適配超導(dǎo)、離子阱等多類型主流量子芯片，可實(shí)現(xiàn)量子芯片“即插即用”。 目前，“量羲”已經(jīng)完成中科院物理所超導(dǎo)量子芯片和中科院精密測(cè)量院離子阱量子芯片連接驗(yàn)證。
二、量子計(jì)算機(jī)性能呈指數(shù)增長(zhǎng)，一臺(tái)或超目前所有計(jì)算機(jī)算力總和
北京量子信息科學(xué)研究院院長(zhǎng)向濤在開場(chǎng)演講中為我們簡(jiǎn)單介紹了量子計(jì)算的概念。
量子計(jì)算，即按照既定的算法和程序?qū)α孔討B(tài)進(jìn)行操控的過(guò)程。量子計(jì)算在很多領(lǐng)域都能得到應(yīng)用，如人工智能、破譯密碼、生物制藥、化學(xué)合成、物流及交通控制、天氣預(yù)報(bào)、數(shù)據(jù)搜索、材料基因、金融安全等。
向濤院士說(shuō)，粗略來(lái)講，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的算力與半導(dǎo)體芯片的集成度成正比，增長(zhǎng)一倍的算力，就必須增長(zhǎng)一倍的集成度。但量子計(jì)算機(jī)不同，每增加一個(gè)量子比特，量子計(jì)算機(jī)的算力就會(huì)增加一倍。這意味著，量子計(jì)算對(duì)信息處理的速度不是線性增長(zhǎng)，而是指數(shù)增長(zhǎng)，這種特性會(huì)為現(xiàn)代社會(huì)帶來(lái)信息革命。
▲北京量子信息科學(xué)研究院院長(zhǎng)向濤
但目前，我們還遠(yuǎn)未達(dá)到要實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算指數(shù)性加速度要求。去年，北京量子信息科學(xué)研究院把單個(gè)超導(dǎo)量子的相關(guān)時(shí)間提高到了503微秒，這是世界目前最高水平，但也遠(yuǎn)未達(dá)到要實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算指數(shù)性加速要求。
當(dāng)前我國(guó)的量子計(jì)算技術(shù)研究還處于起步階段，其發(fā)展路線、方式、目標(biāo)都存在不確定性。但量子計(jì)算帶來(lái)的回報(bào)是巨大的，向濤院士說(shuō)，從理論上講，一臺(tái)擁有100個(gè)容錯(cuò)量子比特的量子計(jì)算機(jī)算力能夠超越目前世界上所有計(jì)算機(jī)的算力之和。
向濤院士說(shuō)，樂(lè)觀估計(jì)，到2030年左右，我們能高質(zhì)量制備和操控的量子比特?cái)?shù)將達(dá)到上萬(wàn)個(gè)。到2040年左右，我們將可以制備出基礎(chǔ)的量子計(jì)算機(jī)。到那時(shí)，全世界的量子信息技術(shù)及應(yīng)用將全面進(jìn)入高速發(fā)展階段。
三、需要跨界、跨學(xué)科協(xié)同合作，量子計(jì)算是生態(tài)之爭(zhēng)
中國(guó)科學(xué)院院士薛其坤為我們介紹道，研發(fā)實(shí)用化量子計(jì)算機(jī)是一個(gè)非常復(fù)雜的工程。它不僅需要跨界合作，還需要跨學(xué)科交叉人才。
從研發(fā)進(jìn)程上看，它分為研制、驗(yàn)證和應(yīng)用三個(gè)階段，需要高校、研究院、企業(yè)共同合作，做到產(chǎn)學(xué)研一體化。研制即從0到1，這個(gè)階段適合在高校和科研單位完成。驗(yàn)證即1到10，需要不斷發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，并為下一步的應(yīng)用做準(zhǔn)備。這一階段適合在新型研發(fā)機(jī)構(gòu)或研究院完成。應(yīng)用即10到100，是走向市場(chǎng)化的關(guān)鍵過(guò)程，這個(gè)階段的主體是企業(yè)。?
▲中國(guó)科學(xué)院院士薛其坤
從量子計(jì)算機(jī)本身的技術(shù)層面看，它分為硬件、系統(tǒng)和軟件三個(gè)層次。
硬件在底層，包括量子芯片、低溫裝置、電子學(xué)儀表等。中間層是量子操作系統(tǒng)，量子操作系統(tǒng)能整合和操縱所有硬件，讓量子計(jì)算機(jī)執(zhí)行信息處理任務(wù)。頂層是量子應(yīng)用軟件，它們能實(shí)現(xiàn)特定的信息處理和計(jì)算工作，適用于專門的應(yīng)用場(chǎng)景。
▲超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“乾始”
三個(gè)層次需要不同學(xué)科背景的人才完成，硬件層需要有物理、微電子、低溫、微波、電子學(xué)等學(xué)科背景的人來(lái)完成；系統(tǒng)層需要計(jì)算機(jī)、通信等專業(yè)的人來(lái)完成；軟件層需要數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物、金融、醫(yī)藥等學(xué)科和領(lǐng)域的人參與。
薛其坤院士說(shuō)，當(dāng)前量子計(jì)算的發(fā)展正逐步邁向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵時(shí)期，量子計(jì)算的競(jìng)爭(zhēng)歸根到底是發(fā)展生態(tài)的競(jìng)爭(zhēng)。
結(jié)語(yǔ)：量子計(jì)算技術(shù)仍處初階，各國(guó)繼續(xù)加大投入
近年來(lái)，世界各國(guó)都在加大對(duì)量子計(jì)算領(lǐng)域的布局。2018年，歐盟投入10億歐元實(shí)施量子旗艦計(jì)劃。2018年，美國(guó)通過(guò)《國(guó)家量子倡議法案》（NQI）、《無(wú)盡前沿法案》（Endless Frontier Act），并計(jì)劃在量子計(jì)算等高科技領(lǐng)域投資1000億美元。
而我國(guó)也出臺(tái)了量子計(jì)算相關(guān)的政策，加大了對(duì)量子計(jì)算領(lǐng)域的投入。《“十四五”規(guī)劃綱要和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》強(qiáng)調(diào)，我國(guó)要著力攻克量子計(jì)算等高新技術(shù)領(lǐng)域?！侗本笆奈濉睍r(shí)期高精尖產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》明確提出，我國(guó)要大力推進(jìn)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)研制，搶占量子國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)。
但目前，我們?nèi)蕴幱诹孔佑?jì)算技術(shù)發(fā)展的初期階段。要想真正進(jìn)入量子計(jì)算的全面發(fā)展階段，我們還有很長(zhǎng)的一段路要走。
