百度發布量子計算機：不是裸機，“開箱即用”

文 | 《中國科學報》記者 趙廣立

把“量子計算機”與“產業化”聯系在一起？是的。成立4年多的百度量子計算研究所，決定在時下熱門的量子計算的賽道上，做點不一樣的。

8月25日，在“量見未來”量子開發者大會上，百度正式對外發布其第一臺“產業級”超導量子計算機——乾始，以及全球首個全平臺量子軟硬一體化解決方案——量羲。

不同于其他量子計算團隊，百度不過度追求對量子芯片的量子比特數或操控精度的目標，而是基于“乾始”，推出一個匯集量子計算應用、軟件、硬件于一體的產業化解決方案。

百度量子計算產業化成果發布

“科技創新只有真正應用于產業，在實踐中驗證其價值，才有長久的生命力。”百度CTO王海峰在大會致辭中談及“量子計算技術將走出實驗室”時說道：“我們相信，量子計算產業化是發揮量子價值的重要方式。”

“如果只有少數幾個人知道、使用這個設備，量子計算距離產業化就會總是很遠；我們選擇的路線，是希望把量子計算硬件從實驗室帶到生產生活之中。”百度量子計算研究所所長段潤堯告訴《中國科學報》，為此他們打通了應用到量子軟件、硬件的整個流程，“讓更多人可以切切實實用到這個設備”。

量子算力，觸手可及

百度為這個軟硬一體的量子計算產業化解決方案命名為“量羲”。“量羲”和百度推出的首個云原生量子計算平臺（相當于量子操作系統）“量易伏”的名字合起來，就是神話中人類的始祖“伏羲”。

段潤堯稱，百度量子計算研究所苦心孤詣，打通了從應用到量子軟硬件的整個流程。

他介紹，在應用側，百度提供了科研、人工智能、材料模擬、生物計算、金融科技等一些關鍵應用相應程序包/庫，并將其匯集在量子機器學習平臺“量槳”上——該平臺是百度量子計算和產業級深度學習開源開放平臺飛槳相結合的產物；與“量槳”相連接的，就是“量易伏”這個量子程序編程平臺（同時也是一個云原生量子計算平臺）。開發者或程序員們可以在該平臺上用Python、C++等高級語言編寫程序，描述量子計算問題，被描述的量子計算問題通過“量易伏”軟件平臺，會被編譯成一系列的量子邏輯門，這些量子邏輯門經由量子脈沖控制的平臺“量脈”，被編譯成一連串的脈沖信號，這些脈沖信號可以被量子芯片處理，進而最終實現前述的量子計算應用。

“‘乾始’真正把應用軟件和硬件結合在一起，它不再是一臺裸機，而是真正可以去進行各種各樣試驗和測試、應用的產業級超導量子計算機。”段潤堯告訴《中國科學報》：“它在量子計算時代率先提供‘開箱即用’的用戶體驗，達到了‘量子算力、觸手可及’。”

百度超導量子計算機“乾始”

“將量子硬件轉化為量子服務”是一項充滿挑戰的工作。王海峰介紹，這意味著打通從底層量子硬件到操作系統、再到上層應用軟件的全流程，其中涉及大量的科學和工程創新，需要軟硬件各方面的人才與技術協同配合。

百度實現這樣一套量子軟硬一體的解決方案。王海峰表示：“這確保了我們在核心技術上的領先性與自主可控。”

這更像是搭建一條從微觀量子世界通往可感知的宏觀世界的橋梁。“其中涉及成千上萬的技術細節，環環相扣，任何環節的失敗都會讓整個橋梁功虧一簣。”段潤堯說，在研發過程中，研發人員需要設計特殊的芯片結構，讓其具備產生可控量子效應的能力；然后需要通過制冷機在非常接近絕對零度的環境下，實現量子比特；然后需要通過反復計算和嘗試，找到操控這個量子比特的最佳參數；需要將人類可以理解的程序語言編譯成機器可以理解的微波脈沖；需要通過基本的量子操作設計量子算法；需要將這些算法恰到好處地應用在其能發揮作用的問題上，以此實現量子算力到生產力的轉化。

量子應用執行流程圖

段潤堯認為，目前階段，量子計算產業化最難的是“如何非常穩定地提供可靠的量子算力”。

“我們這套系統最直接的用戶是高校教師、科研人員來做試驗。如果不能穩定提供量子算力——哪怕只有一兩個比特，老師們就不能用它給學生們講解、教學。”他說，目前“乾始”能夠提供比較穩定可靠的量子算力，“這也是一個很大的亮點”。

《中國科學報》了解到，集裝在“乾始”上的量子芯片為10 量子比特高保真度超導量子芯片。

“量子計算的生命之芽需要每個人的呵護”

百度今天推動量子計算產業化的劇本，或許早在2018年就寫好了。

王海峰介紹稱，早在2018年3月百度量子計算研究所成立之初，百度就致力于量子應用、量子算法、量子架構等的研究以及與人工智能的融合創新。

彼時，段潤堯也從悉尼科技大學量子軟件和信息中心創辦主任的角色，轉變為百度量子計算研究所所長。這一轉變，正源自他心底對量子信息科學應用于生產生活的迫切愿望。

早在2007年，段潤堯與量子信息領域的奠基者之一查爾斯?本內特博士有一次邂逅。在與后者的對談后，他感到，微觀量子世界中的神秘現象，可以通過計算和通信等方式在宏觀世界加以展示出來。而這，將是人類文明的一大進展。

在2020年的一期訪談節目中，段潤堯談及這段過往，感慨地說道：“生命短暫，這導致人們往往不愿意作長遠思考。量子力學已經被發現了100多年，但是我們對這一學科的認識幾乎還停留在實驗室或僅限于一些神秘的現象，廣大人民群眾對它幾乎沒有認識。相對于牛頓力學已經深入人心，量子力學根本沒有充分發揮它的實際影響力和價值。”

因此，在擁有了“乾始”之后，百度最先做的事情是推出“量易伏”“量羲”等量子產業化解決方案。他說，百度今天做的事情，還存在很多挑戰和不確定性，但是不會因為畏難而退縮。“量子計算的生命之芽已經孕育，它肯定能破繭而出，但是在這之前，需要我們每一個人的呵護。”

百度探索的前沿技術與產業場景聯系密切，當百度量子擁有了產業化的初步能力之后，也率先想到了企業應用。

“只是一個起點”

據介紹，百度量子團隊專門開發了“量易伏”APP，在手機端打開這個APP，開發者可以應用“量子作曲家”這個模塊，輕松編寫量子程序并運行，親身感受量子計算的魅力。

同時，在“量易伏”APP，還可以看到“乾始”超導量子計算機的服務狀態，以及第三方量子計算能力的接入——目前，“量羲”已經完成中科院物理研究所超導量子芯片和精密測量科學與技術創新研究院離子阱量子芯片匹配實踐。

目前，“量易伏”提供手機端、電腦端、云開發等多種使用方式，算力后端可以方便地調用超導量子計算機、離子阱量子計算機以及量子模擬器進行量子計算任務。

“量易伏” APP 截圖

“乾始”量子計算機擁有專門的量子機房，坐落于北京亦莊。“我們是真的希望能夠把量子計算應用的整個過程的技術標準化。”段潤堯說，之所以選擇這樣一條路線做量子計算，他覺得“這條路線是量子計算產業化的必由之路”。

“我個人認為，量子計算機光是實驗室的一個芯片、一套控制系統以及一群專業人員，那它離產業化太遠，必須要把整個流程打通，才有機會真正實現產業化。”段潤堯說。

不過，他也提到，百度此次發布量子計算產業化解決方案，絕對不是百度量子計算研究的終點，“這還只是一個起點，從這個起點開始，我們將進一步深化量子計算產業化的相關探索。”