智東西（公眾號：zhidxcom）
作者 | 夏舍予
編輯 | 徐珊
智東西8月25日報道，今日，百度首屆量子開發者大會在北京亦莊舉行。大會上，百度正式發布產業級超導量子計算機“乾始”和全平臺量子軟硬一體化解決方案“量羲”。兩者的發布，說明百度打通了量子計算從硬件到平臺，再到軟件應用的全鏈條，百度量子實驗室開始向產業化發展。
什么是量子計算？量子計算就是一種按照既定的算法和程序對量子態進行操控的過程。量子計算能應用在任何需要數據處理的領域，如人工智能、破譯密碼、生物制藥等。
▲百度發布“乾始”和“量羲”
近年來，百度一直積極布局量子計算產業，不斷推進新技術研發。2018年3月，百度量子成立，這幾年來，百度量子陸續發布了云上量子脈沖系統“量脈”、云量一體量子機器學習平臺“量槳”、云原生量子計算平臺“量易伏”，以及量子學習知識庫“量易簡”。
今天，百度又發布了“乾始”和“量羲”。“乾始”集量子硬件、軟件平臺、量子應用于一身，已接入第三方超導與離子阱量子硬件。“量羲”具備適配超導、離子阱等多類型主流量子芯片，可實現量子芯片“即插即用”。
一、由量子芯片供能，超導量子計算機“乾始”發布
會上，百度量子計算研究所所長段潤堯博士為我們介紹了“乾始”的更多細節。段潤堯博士說，“乾始”分為三個層次，底層是硬件，中間是軟件，上層是應用，而其中最核心的就是底層的硬件。
▲百度量子計算研究所所長段潤堯
百度研究團隊在底層的極度低溫環境下放置了一個量子芯片，該芯片搭載10個量子比特，能為量子計算機提供所有的算力，接下來他們將繼續設計搭載36個量子比特的芯片并投入流片。而中間的操作系統叫做量易伏，段潤堯博士解釋，這是“量子易于降伏”的意思，該系統可以讓程序員查詢各種編程方式。上層是各種各樣的應用，這些應用由量槳工具集提供。量槳工具集是一種把量子計算和深度學習平臺飛槳結合起來的工具。
▲“乾始”全景圖
在此基礎上，百度推出了全平臺量子軟硬一體解決方案“量羲”。全平臺意味著前段包含了移動端、PC端、云端。“量羲”提供私有化部署、云服務、硬件接入等服務，可以極大簡化從量子硬件部署到量子服務的全流程。“量羲”具備適配超導、離子阱等多類型主流量子芯片，可實現量子芯片“即插即用”。 目前，“量羲”已經完成中科院物理所超導量子芯片和中科院精密測量院離子阱量子芯片連接驗證。
二、量子計算機性能呈指數增長，一臺或超目前所有計算機算力總和
北京量子信息科學研究院院長向濤在開場演講中為我們簡單介紹了量子計算的概念。
量子計算，即按照既定的算法和程序對量子態進行操控的過程。量子計算在很多領域都能得到應用，如人工智能、破譯密碼、生物制藥、化學合成、物流及交通控制、天氣預報、數據搜索、材料基因、金融安全等。
向濤院士說，粗略來講，傳統計算機的算力與半導體芯片的集成度成正比，增長一倍的算力，就必須增長一倍的集成度。但量子計算機不同，每增加一個量子比特，量子計算機的算力就會增加一倍。這意味著，量子計算對信息處理的速度不是線性增長，而是指數增長，這種特性會為現代社會帶來信息革命。
▲北京量子信息科學研究院院長向濤
但目前，我們還遠未達到要實現量子計算指數性加速度要求。去年，北京量子信息科學研究院把單個超導量子的相關時間提高到了503微秒，這是世界目前最高水平，但也遠未達到要實現量子計算指數性加速要求。
當前我國的量子計算技術研究還處于起步階段，其發展路線、方式、目標都存在不確定性。但量子計算帶來的回報是巨大的，向濤院士說，從理論上講，一臺擁有100個容錯量子比特的量子計算機算力能夠超越目前世界上所有計算機的算力之和。
向濤院士說，樂觀估計，到2030年左右，我們能高質量制備和操控的量子比特數將達到上萬個。到2040年左右，我們將可以制備出基礎的量子計算機。到那時，全世界的量子信息技術及應用將全面進入高速發展階段。
三、需要跨界、跨學科協同合作，量子計算是生態之爭
中國科學院院士薛其坤為我們介紹道，研發實用化量子計算機是一個非常復雜的工程。它不僅需要跨界合作，還需要跨學科交叉人才。
從研發進程上看，它分為研制、驗證和應用三個階段，需要高校、研究院、企業共同合作，做到產學研一體化。研制即從0到1，這個階段適合在高校和科研單位完成。驗證即1到10，需要不斷發現和解決問題，并為下一步的應用做準備。這一階段適合在新型研發機構或研究院完成。應用即10到100，是走向市場化的關鍵過程，這個階段的主體是企業。?
▲中國科學院院士薛其坤
從量子計算機本身的技術層面看，它分為硬件、系統和軟件三個層次。
硬件在底層，包括量子芯片、低溫裝置、電子學儀表等。中間層是量子操作系統，量子操作系統能整合和操縱所有硬件，讓量子計算機執行信息處理任務。頂層是量子應用軟件，它們能實現特定的信息處理和計算工作，適用于專門的應用場景。
▲超導量子計算機“乾始”
三個層次需要不同學科背景的人才完成，硬件層需要有物理、微電子、低溫、微波、電子學等學科背景的人來完成；系統層需要計算機、通信等專業的人來完成；軟件層需要數學、物理學、化學、生物、金融、醫藥等學科和領域的人參與。
薛其坤院士說，當前量子計算的發展正逐步邁向產業化的關鍵時期，量子計算的競爭歸根到底是發展生態的競爭。
結語：量子計算技術仍處初階，各國繼續加大投入
近年來，世界各國都在加大對量子計算領域的布局。2018年，歐盟投入10億歐元實施量子旗艦計劃。2018年，美國通過《國家量子倡議法案》（NQI）、《無盡前沿法案》（Endless Frontier Act），并計劃在量子計算等高科技領域投資1000億美元。
而我國也出臺了量子計算相關的政策，加大了對量子計算領域的投入。《“十四五”規劃綱要和2035年遠景目標綱要》強調，我國要著力攻克量子計算等高新技術領域。《北京“十四五”時期高精尖產業發展規劃》明確提出，我國要大力推進超導量子計算機研制，搶占量子國際競爭制高點。
但目前，我們仍處于量子計算技術發展的初期階段。要想真正進入量子計算的全面發展階段，我們還有很長的一段路要走。
