智東西（公眾號(hào)：zhidxcom）
作者 | ?ZeR0
編輯 | ?漠影
智東西5月17日?qǐng)?bào)道，昨日，北京光量子計(jì)算公司玻色量子舉辦2023年首場新品發(fā)布會(huì)，推出其自研100量子比特相干光量子計(jì)算機(jī)——“天工量子大腦”。天工量子大腦實(shí)現(xiàn)了核心器件100%國產(chǎn)化，求解速度比經(jīng)典優(yōu)化算法平均加速超過100倍，平均求解結(jié)果優(yōu)于經(jīng)典算法120%。
▲玻色量子創(chuàng)始人&CEO文凱博士展示“天工量子大腦”真機(jī)
玻色量子成立于2020年11月，致力于可擴(kuò)展、可編程的光量子計(jì)算平臺(tái)研發(fā)和量子計(jì)算應(yīng)用落地。就在3個(gè)月前，玻色量子獲得了中國移動(dòng)的產(chǎn)業(yè)投資，這也是量子計(jì)算行業(yè)里的首例產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)投。玻色量子是目前唯一一家獲得產(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)略投資的光量子計(jì)算機(jī)公司，累計(jì)已完成四輪融資。
一、三大優(yōu)勢：100個(gè)量子比特，求解速度平均加速逾100倍，平均求解結(jié)果優(yōu)120%
玻色量子創(chuàng)始人、COO馬寅談道，量子計(jì)算本質(zhì)上就是算力的“遷躍”。社會(huì)對(duì)算力的需求提升到了一個(gè)全新高度，對(duì)宇宙和自然的認(rèn)知也進(jìn)入了深水區(qū)，隨著電子計(jì)算機(jī)提升的摩爾定律走到盡頭，新的場景呼喚全新的計(jì)算工具。
未來全新的計(jì)算工具是什么？玻色量子創(chuàng)始人&CEO文凱博士給出的答案是——量子計(jì)算機(jī)。
他談道，此次發(fā)布的相干光量子計(jì)算機(jī)“天工量子大腦”有三大優(yōu)勢：
第一，玻色量子自研的“天工量子大腦”具有100個(gè)計(jì)算量子比特，已達(dá)國際領(lǐng)先水平，可以解決最高超過100個(gè)變量的數(shù)學(xué)問題，并實(shí)現(xiàn)了上百規(guī)模光量子之間的“全連接”控制，具備完整的可編程能力，即對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用場景和不同算法，硬件無需修改，完全通過軟件配置即可實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展、可編程，充分利用光量子計(jì)算優(yōu)勢，極大降低了實(shí)際問題的建模復(fù)雜度。文凱說，這是量子計(jì)算從理論量子優(yōu)勢向?qū)嵱昧孔觾?yōu)勢發(fā)展的重要里程碑。
第二，經(jīng)過數(shù)十個(gè)實(shí)際案例的測試驗(yàn)證，“天工量子大腦”的求解速度比經(jīng)典優(yōu)化算法平均加速超過100倍；相比暴力破解的窮舉法，算力優(yōu)勢更是提升了多個(gè)數(shù)量級(jí)。量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算加速度是體現(xiàn)量子優(yōu)勢的重要指標(biāo)。
第三，“天工量子大腦”的平均求解結(jié)果優(yōu)于經(jīng)典算法120%。在計(jì)算復(fù)雜度越高的問題上，量子計(jì)算的優(yōu)勢越發(fā)明顯。類似于AI大模型的“涌現(xiàn)”能力，當(dāng)量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算規(guī)模提升之后，大規(guī)模量子計(jì)算的實(shí)用量子優(yōu)勢逐步“涌現(xiàn)”，而100量子比特就是這一轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
二、解讀技術(shù)架構(gòu)、核心器件，Max-Cut是實(shí)用量子計(jì)算的“算力標(biāo)準(zhǔn)”
玻色量子創(chuàng)始人、CTO魏海博士對(duì)“天工量子大腦”的光量子疊加特性、整機(jī)架構(gòu)及核心器件、“開物”SDK進(jìn)行一一解析，解答了“天工量子大腦”量子優(yōu)勢的來源，并提出Max-Cut是實(shí)用量子計(jì)算的“算力標(biāo)準(zhǔn)”。
▲“天工量子大腦”爆炸圖
當(dāng)光穿過非線性材料時(shí)，其光子的波長和相位都會(huì)發(fā)生變化，在精準(zhǔn)控制其能量和相位的過程中，在相空間會(huì)出現(xiàn)量子疊加態(tài)效應(yīng)，這也是“天工量子大腦”實(shí)現(xiàn)加速的根本原因，玻色量子利用該效應(yīng)，基于timebin，完成了100光量子比特的并行加速計(jì)算。
為了滿足光量子存儲(chǔ)運(yùn)算的極高精度需求，實(shí)現(xiàn)超過100個(gè)量子比特的存儲(chǔ)，玻色量子自研了一款光量子計(jì)算專用光纖恒溫控制設(shè)備“量晷”。該設(shè)備能將光纖的溫度變化穩(wěn)定在千分之一攝氏度量級(jí)，即做到0.001℃的溫度穩(wěn)定維持，有效避免環(huán)境溫度波動(dòng)帶來的光纖內(nèi)存長度誤差。
為了導(dǎo)入計(jì)算問題的參數(shù)矩陣，玻色量子自研了光量子測控一體機(jī)“量樞”。該設(shè)備集光量子測量反饋、系統(tǒng)狀態(tài)檢測、計(jì)算流程控制等功能于一體，在GHZ調(diào)控速率下同時(shí)控制、讀取和執(zhí)行快速反饋來操控100個(gè)計(jì)算量子比特。
量子計(jì)算從來不是“單打獨(dú)斗”，要與經(jīng)典計(jì)算聯(lián)合工作。為了“連接”量子計(jì)算與經(jīng)典計(jì)算，聯(lián)合更多開發(fā)者和客戶一起搭建量子計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)，玻色量子推出了“開物”SDK，為有特殊大規(guī)模計(jì)算需求的客戶提供定制化的開發(fā)服務(wù)。
魏海談道，在實(shí)際問題求解中，“天工量子大腦”適用于高效求解組合優(yōu)化問題，其中最具代表性的21個(gè)NP-Complete模型（簡稱“NPC”）在生活中無處不在。這些問題之間可以互相歸約轉(zhuǎn)化，技術(shù)中經(jīng)常用Max-Cut問題來做統(tǒng)一的數(shù)學(xué)表達(dá)，表征計(jì)算復(fù)雜度。比如經(jīng)典計(jì)算中的很多代表性企業(yè)等都曾使用Max-Cut來做新品算力的標(biāo)定。
因此，為了標(biāo)定量子計(jì)算的算力優(yōu)勢，玻色量子采用在經(jīng)典計(jì)算中和量子計(jì)算中都通用的Max-Cut問題，來作為實(shí)用量子計(jì)算的“算力標(biāo)準(zhǔn)”。
除此之外，玻色量子燎原計(jì)劃開發(fā)者平臺(tái)也即將上線。
三、真機(jī)測試，提高四大應(yīng)用場景計(jì)算速度
發(fā)布會(huì)現(xiàn)場，來自平安銀行、清大科越、中國移動(dòng)云、中國移動(dòng)未來研究院的代表分別進(jìn)行了“天工量子大腦”在金融、電力、云平臺(tái)、通信等應(yīng)用場景的案例分享。
在金融應(yīng)用方向，據(jù)平安銀行LAMBDA實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人崔孝林分享，平安銀行戰(zhàn)略發(fā)展部旗下LAMBDA實(shí)驗(yàn)室在天工量子大腦上實(shí)現(xiàn)對(duì)德國信用數(shù)據(jù)集特征篩選計(jì)算的加速，在＜1ms的時(shí)間內(nèi)完成了問題求解，且相對(duì)于傳統(tǒng)優(yōu)化算法，可找到更低能量的可行解。
2022年12月，玻色量子與平安銀行在“量子+金融”領(lǐng)域達(dá)成深入合作，基于實(shí)際金融場景及需求，共同打造量子計(jì)算的行業(yè)級(jí)應(yīng)用解決方案。
在電力應(yīng)用方向，清大科越副總裁郭夢婕談道，清大科越在天工量子大腦上實(shí)現(xiàn)了對(duì)虛擬電廠的負(fù)荷優(yōu)化問題的計(jì)算驗(yàn)證，在3.8ms內(nèi)找到全局最優(yōu)解，相比經(jīng)典優(yōu)化算法，計(jì)算速度提升200倍以上。
2023年5月，玻色量子與清大科越在“量子+電力”領(lǐng)域達(dá)成深入合作，基于電力行業(yè)的實(shí)際場景與業(yè)務(wù)需求，共同打造基于光量子計(jì)算的電力能源領(lǐng)域?qū)嵱眯蛨鼍敖鉀Q方案。
在云平臺(tái)應(yīng)用方向，中國移動(dòng)云能力中心首席科學(xué)家錢嶺說，中國移動(dòng)使用玻色量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了算力網(wǎng)絡(luò)調(diào)度任務(wù)分配算法毫秒級(jí)運(yùn)算，相比傳統(tǒng)經(jīng)典算力，計(jì)算速度及結(jié)果均有大幅提升。今年天工量子大腦真機(jī)作為“恒山”接入中國移動(dòng)云的“五岳量子計(jì)算云平臺(tái)”。
2023年5月，玻色量子與移動(dòng)云簽訂了“五岳”量子云計(jì)算創(chuàng)新加速計(jì)劃。玻色量子將聯(lián)合移動(dòng)云共同打造“恒山光量子算力平臺(tái)”，為移動(dòng)云提供光量子計(jì)算優(yōu)越性，以賦能人工智能、生物制藥、智慧交通等千行百業(yè)。
在通信應(yīng)用方向，中國移動(dòng)未來研究院院長崔春風(fēng)分享道，中國移動(dòng)未來研究院使用天工量子大腦，在2~3ms內(nèi)完成優(yōu)化問題求解，且解的質(zhì)量高于模擬退火等經(jīng)典優(yōu)化算法，并且隨著問題規(guī)模的增大，經(jīng)典計(jì)算求解時(shí)間呈指數(shù)增長，量子計(jì)算機(jī)的求解時(shí)間基本保持穩(wěn)定。
2023年3月，玻色量子與中國移動(dòng)通信有限公司研究院在“量子+通信”領(lǐng)域達(dá)成深入合作，以應(yīng)對(duì)6G通信網(wǎng)絡(luò)帶來的算力挑戰(zhàn)，共同打造量子計(jì)算加速解決方案。
結(jié)語：光量子計(jì)算領(lǐng)域?qū)嵱没年P(guān)鍵里程碑
量子計(jì)算具有經(jīng)典計(jì)算無法比擬的巨大信息攜帶和超強(qiáng)并行處理能力，在特定計(jì)算困難問題上，能夠提供指數(shù)級(jí)加速，這使其有望成為未來科技領(lǐng)域加速發(fā)展的“新引擎”。
作為國內(nèi)量子科技產(chǎn)業(yè)代表企業(yè)，玻色量子推出自研100量子比特相干光量子計(jì)算機(jī)，邁出了實(shí)用化量子計(jì)算應(yīng)用的關(guān)鍵一步，這也代表了國內(nèi)光量子計(jì)算領(lǐng)域?qū)嵱没年P(guān)鍵里程碑。
此前玻色量子已經(jīng)循序漸進(jìn)的將光量子計(jì)算與各行各業(yè)相結(jié)合，率先在金融、通訊、生物醫(yī)藥、交通等領(lǐng)域積極推進(jìn)實(shí)際應(yīng)用落地。隨著全球多國不斷鼓勵(lì)并大力投資量子計(jì)算發(fā)展，在玻色量子等量子計(jì)算代表創(chuàng)企的探索下，量子計(jì)算的實(shí)用潛力正逐漸顯現(xiàn)。
