芯耀
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“量子計算的產(chǎn)業(yè)化還需要三大基礎(chǔ)：錢、時間和人才。每一臺量子計算機都十分燒錢，錢和時間都是有限的，人才還不能速成，很多高校里甚至都沒有量子計算專業(yè)和正常培養(yǎng)的渠道”，百度量子計算研究所所長段潤堯，在8月26日舉辦的《AI呀，我去！》科技沙龍上表示。他同時強調(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，新的量子革命將會到來。
段潤堯表示，“有將近70%的大型企業(yè)希望能夠進行量子計算相關(guān)的布局，這種布局不一定是直接用量子計算來解決實際業(yè)務(wù)，但是企業(yè)希望做好量子人才或技術(shù)的相關(guān)儲備?！?/p>
IDC報告顯示，全球量子計算市場將從2020年的4.12億美元增長到2027年的86億美元，6年復(fù)合年增長率超過50％?！伴_發(fā)者、科技公司、科研機構(gòu)等每一個組織都做好自己擅長的事情，才能夠構(gòu)建成一個健康的量子生態(tài)?！倍螡檲蚍Q。
百度量子計算研究所所長 ?段潤堯
“玄學(xué)”量子計算——產(chǎn)業(yè)化的三大挑戰(zhàn)
“萬物都是由量子構(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)域有著魔法般的計算能力和應(yīng)用價值”，段潤堯指出了量子計算的“玄妙”之處。
曾幾何時，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)?！倍昧孔恿W(xué)原理進行有效計算的量子計算，正在引領(lǐng)新一輪科技發(fā)展的浪潮。
在 IBM、谷歌和百度、阿里等國內(nèi)外科技公司的大力布局下，量子計算的技術(shù)不斷突破。不過，量子計算從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化，仍存在巨大的鴻溝：
首先，量子計算還處于早期的發(fā)展階段，量子計算的價值需要逐步實現(xiàn)；其次，現(xiàn)階段量子計算領(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，量子計算的學(xué)科交叉性，使得量子計算的產(chǎn)業(yè)化需要聚合多個領(lǐng)域的科研人員、開發(fā)者以及合作伙伴持續(xù)不懈努力。
百度揭秘量子計算中國的產(chǎn)業(yè)嘗試
區(qū)別于谷歌、IBM的量子計算技術(shù)路線，百度積極研發(fā)面向產(chǎn)業(yè)化的超導(dǎo)量子計算機。8月25日，百度發(fā)布了“乾始”超導(dǎo)量子計算機，和全球首個全平臺量子軟硬一體化解決方案“量羲”。
一塊量子芯片、一套極低溫測試系統(tǒng)便構(gòu)成了一臺超導(dǎo)量子計算機的核心，看似十分簡單，但是威力無窮。
百度超導(dǎo)量子計算機“乾始”
為什么需要量子計算機？段潤堯表示，量子計算是后摩爾時代的必由之路。隨著量子設(shè)備性能的快速提升，量子優(yōu)勢的逐步體現(xiàn)，以及量子應(yīng)用的潛在市場的快速增長，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，利用量子計算加速產(chǎn)業(yè)的量子化升級。
據(jù)了解，量子計算機最大的特點便是“算得快”，并且還不是一般的快——它有著經(jīng)典計算機無法比擬的運算速度。段潤堯以信息安全領(lǐng)域公鑰加密算法RSA為例介紹稱，傳統(tǒng)計算機需要200萬億年，而量子計算機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)量子計算機。依托于業(yè)界領(lǐng)先的量子計算核心技術(shù)，研發(fā)出集 “應(yīng)用、軟件、硬件” 三位一體的工業(yè)級超導(dǎo)量子計算機，讓量子計算算力觸手可及。通過對高潛量子應(yīng)用、云原生量子軟件平臺、量子硬件平臺等自主可控核心技術(shù)的高度集成，乾始將極大地推動量子軟硬一體化方案的實施和落地，加速量子計算的產(chǎn)業(yè)化進程。
量子硬件平臺
量子硬件平臺是百度量子計算機的核心組成部分，為量子應(yīng)用和量子平臺的實踐和落地提供了重要支撐。該平臺實現(xiàn)了對稀釋制冷機、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)級測控平臺量脈的高度集成，具備自主可控、安全穩(wěn)定、高度自動化等核心優(yōu)勢。
瞄準(zhǔn)高性能超導(dǎo)量子計算機的研發(fā)目標(biāo)，百度自主開發(fā)了以自動化、可視化為特色的的測控平臺——量脈。受益于量子測控技術(shù)的持續(xù)積累（核心發(fā)明專利 30 余項），量脈集成了量子計算實驗中完備的功能，使得實驗人員能夠高效地進行測控操作；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)了自動化標(biāo)定功能，可以自動完成各種復(fù)雜任務(wù)的標(biāo)定和校準(zhǔn)，實現(xiàn)無人值守；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)備可識別的脈沖信號，實現(xiàn)量子應(yīng)用和量子硬件的無縫銜接，極大地提升整個量子計算的效率。據(jù)了解，百度將持續(xù)研發(fā)各種測控技術(shù)，打造面向產(chǎn)業(yè)化的量子硬件平臺。
量子芯片是超導(dǎo)量子計算機的重要構(gòu)成，其性能會直接影響到整個量子計算機的性能和效率。與經(jīng)典芯片設(shè)計類似，量子芯片設(shè)計就是在正式“流片”之前，根據(jù)特定需求對量子芯片的架構(gòu)、規(guī)格、核心器件構(gòu)型和布局、以及布線等等，進行設(shè)計、仿真驗證、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)計具有業(yè)界核心競爭力的超導(dǎo)量子芯片，提供版圖設(shè)計、自動化布線、特征參數(shù)和性能指標(biāo)仿真驗證為一體的實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），百度量子具備了從芯片設(shè)計到仿真驗證再到版圖自動化繪制的一整套技術(shù)，最終開發(fā)出 gds 掩模版文件直接對接微納加工實驗室。
作為落地實踐案例，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，經(jīng)多種方法交叉仿真驗證，關(guān)鍵特征參數(shù)和性能指標(biāo)達到預(yù)期。
量子軟件平臺
量子軟件平臺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。百度量子軟件平臺已經(jīng)打通了從量子應(yīng)用開發(fā)，量子算法協(xié)議設(shè)計，量子資源調(diào)度管理，量子噪聲處理，量子硬件驅(qū)動等全流程。
據(jù)稱，百度發(fā)布了全球首個云量一體的量子機器學(xué)習(xí)平臺“量槳”、全球首個接入量子硬件的量子網(wǎng)絡(luò)工具集“QNET”、量子計算應(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)計需求；全球首個云原生量子計算平臺“量易伏”，實現(xiàn)超導(dǎo)量子計算機、離子阱量子計算機等多后端算力接入，同時具備自有硬件和第三方硬件接入能力，移動端、桌面端等多前端使用模式，讓量子算力觸手可及；國內(nèi)首個量子噪聲處理工具集“QEP”，全面評估量子設(shè)備性能，提升量子設(shè)備的計算結(jié)果精度；國內(nèi)首個云上量子脈沖系統(tǒng)“量脈”，搭建量子軟硬件的橋梁。
量子計算積極探索產(chǎn)業(yè)落地
段潤堯認為，“乾始”和“量羲”率先打通了量子硬件、量子軟件和量子應(yīng)用，實現(xiàn)了量子算力到生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，量子計算產(chǎn)業(yè)落地“最后一公里”問題有望獲得突破。同時，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，量子計算具體有哪些應(yīng)用？段潤堯表示，量子應(yīng)用就是指使用量子計算機的計算能力來部署相關(guān)服務(wù)，以解決實際的應(yīng)用問題。目前量子計算的應(yīng)用主要包括量子模擬、組合優(yōu)化、量子機器學(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)積累和百度量子計算研究所的科研實力，百度量子在人工智能、材料模擬、生物計算、金融科技等多個關(guān)鍵行業(yè)問題上進行了探索和突破，在量子應(yīng)用方面提供了量子機器學(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 ”這三個專注于前沿研究和應(yīng)用落地的工具集。
這三個工具包均與量易伏相連，可以通過量易伏平臺訪問真實量子計算機，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，這些工具集也可以在經(jīng)典計算機上運行，用戶可以首先使用 CPU 或 GPU 的算力設(shè)計、研發(fā)量子算法原型，并模擬運行以調(diào)試算法。
隨著產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的加入，目前，圍繞量子計算的產(chǎn)業(yè)生態(tài)已經(jīng)初具雛形，量子計算正在變得觸手可及。“為實現(xiàn)‘人人皆可量子’的美好愿景，百度選擇把復(fù)雜留給自己，把簡單留給用戶?！倍螡檲蚍Q。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、適時投入資金部署等一系列開源的方案，并賦能人工智能、能源、制造、金融、交通等多個領(lǐng)域，讓普通人也可以享受美好的量子時代。
