量子時代正在加速到來。

2023年1月6日，北京亦莊，百度舉辦量子計算圓桌會，會議中，受邀人員可穿著防塵服進入實驗室，近距離參觀超導量子計算機“乾始”。

不同于以往的量子計算機，“乾始”是一臺集中“應用、軟件、硬件”三位于一體的高度集成的產(chǎn)業(yè)級超導量子計算機。這意味著“乾始”不再是一個“裸機”，而是可以“開箱即用”。

“乾始”的出現(xiàn)讓量子算力走出實驗室走向產(chǎn)業(yè)化，變得觸手可及，也標志著中國在量子計算產(chǎn)業(yè)化上進入全球第一梯隊。

作者 | 知布

編輯 | 方遠

從想象到實體

走進百度量子實驗室，機器運行的嗡嗡聲馬上鉆進耳朵，緊接著一個銀白色的豎桶映入眼簾。

這是百度量子計算機“乾始”的心臟，量子芯片的所在地。銀白色的豎桶則是極低溫測試平臺的主體，它為量子芯片提供了接近絕對零度的極低溫真空環(huán)境，最低溫度小于零下273.14攝氏度。

“乾始”所使用的量子芯片是一塊包含10個量子比特的超導量子芯片，在極度低溫環(huán)境下，芯片的能力和效率會極大提升。

百度量子計算研究所所長段潤堯曾經(jīng)形容，就好比你越冷靜就會越清醒，算得也就越快。

量子芯片、極低溫測試平臺和微波電子學設備組成了量子計算機的硬件平臺。但僅有量子硬件遠遠不夠。長久以來，量子計算的痛點之一就在于，量子硬件和量子服務兩者割裂。通俗的講，量子計算僅存在于實驗室中，普通用戶卻無法真正使用。

為了讓量子算力觸手可及，百度量子推出了軟件平臺——量易伏。作為全球首個云原生量子計算平臺，量易伏提供了從量子應用到量子硬件的一站式量子計算服務，支持手機端、電腦端、云開發(fā)等多種使用模式。

用戶不僅可以在自己的手機、電腦編寫和提交量子算法或量子應用任務，也可以接入百度自有硬件和第三方硬件，獲取量子計算能力。

軟件平臺量易伏和量子計算機硬件之間的橋梁是量脈。通過量脈，可以把量子邏輯門編譯成硬件可以識別的微波脈沖信號指令。

在具體應用領(lǐng)域，百度量子則推出量子機器學習平臺“量槳”，賦能量子計算在交通/制造、人工智能、化工/醫(yī)藥、金融科技等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。

量子硬件、量子軟件、量子應用三大模塊，也就形成了全球首個全平臺量子計算軟硬一體化方案“量羲”。而“乾始”則是集量子應用、量子軟件、量子硬件于一體的產(chǎn)業(yè)級超導量子計算機。

從硬件到軟件再到應用，百度打通了全鏈路，也為今后的量子產(chǎn)業(yè)化道路，為用戶和客戶提供便捷的量子服務打下了基礎(chǔ)。

量子時代到來

在學界和業(yè)界看來，如今我們進入了第二次量子革命時代。量子計算被認為是下一代計算技術(shù)的核心。

這里的必然性在于，由于芯片制造工藝的提升，芯片尺寸越來越小，相反，芯片上集成的晶體管數(shù)量卻越來越多。

當芯片的尺寸小到一個極限的時候，自然進入到了量子世界，從而產(chǎn)生量子效應。“所以我們需要遵循量子規(guī)律去設計制造符合這樣規(guī)律的量子芯片。”百度量子計算研究所高級研究員陳澄博士表示。

與此同時，在當下的信息化社會中，數(shù)字化經(jīng)濟高速發(fā)展，每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量十分龐大，而經(jīng)典計算機所能處理和計算的數(shù)量卻有自身的天花板。

相比于傳統(tǒng)計算機，量子計算的優(yōu)勢不可比擬。據(jù)陳澄博士介紹，“量子計算所帶來算力的提升不是倍數(shù)的，它是呈指數(shù)級的一個提升，量子計算會對整個經(jīng)典應用場景起到加速作用，甚至會對一些行業(yè)產(chǎn)生顛覆性的改變。”

未來，量子應用在信息安全領(lǐng)域，僅需1秒即可破譯RSA公鑰密碼系統(tǒng)，而經(jīng)典計算機則需要10萬年以上。

根據(jù)《2022全球量子計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》顯示，2021年，全球量子計算市場規(guī)模約為8億美元，預計到2024年市場規(guī)模將增長到40億美元左右。

CV前沿科技咨詢總監(jiān)朱迪·格林預計，到 2030 年前后，全球量子計算市場規(guī)模將從容錯量子計算時代開啟時，呈現(xiàn)指數(shù)上升趨勢，至千億美元甚至更高。”

量子計算未來潛力巨大，國內(nèi)外紛紛在量子計算上積極展開部署，群雄逐鹿。

國際上，2018年，歐盟投入10億歐元實施量子旗艦計劃。同期，美國通過《國家量子倡議法案》，旨在確保美國在量子信息及其應用方面的持續(xù)領(lǐng)導地位，提出《無盡前沿法案》，計劃投資1000億美元在量子計算等10個領(lǐng)域。

IBM、谷歌、亞馬遜、微軟、英特爾、霍尼韋爾等老牌玩家深耕量子計算，IonQ、Rigetti、PsiQuantum 等量子計算新貴已獲得數(shù)億美元的風險投資。

國內(nèi)，中科院、中科大、清華大學等頂尖科研機構(gòu)已有所突破，比如中國科技大學開發(fā)的66量子比特的“祖沖之號”實現(xiàn)量子計算優(yōu)越性，計算復雜度比谷歌“懸鈴木”提高了6個數(shù)量級。

2018年3月，百度量子計算研究所成立，并在接下來的幾年陸續(xù)發(fā)布國內(nèi)首個云上量子脈沖系統(tǒng)“量脈”，全球首個云量一體的量子機器學習平臺“量槳”和全球首個云原生量子計算平臺“量易伏”。

百度量子研究所所長段潤堯在一次演講中表示，目前百度已建成了以量脈、量槳、量易伏三大項目為主體的百度量子平臺，旨在提供全面的量子基礎(chǔ)設施即服務 QaaS（Quantum Infrastructure as a Service），追逐“人人皆可量子”的愿景。

由此看出，百度一開始的目標就很清晰，要充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)公司的優(yōu)勢，先把軟件平臺搞好。百度量子計算不是解決某一個特定問題，而是帶著產(chǎn)業(yè)化的思維去探索多樣應用場景。

量子產(chǎn)業(yè)化道路

百度CTO王海峰曾說，量子計算產(chǎn)業(yè)化是發(fā)揮量子價值的重要方式。科技創(chuàng)新只有真正應用于產(chǎn)業(yè)，才有長久的生命力。

百度做到量子產(chǎn)業(yè)化離不開“天時”“地利”“人和”。

“天時”上，國家“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標綱要強調(diào)要在量子信息等產(chǎn)業(yè)變革領(lǐng)域，實施未來產(chǎn)業(yè)孵化與加速計劃，布局一批未來產(chǎn)業(yè)，加快布局量子計算、量子通信等前沿技術(shù)。

百度也順應時機進行戰(zhàn)略升級，專門制定了QIAN戰(zhàn)略，在量子基礎(chǔ)研究Quantum、基礎(chǔ)設施建設Infrastructure、前瞻性量子應用Application和量子生態(tài)網(wǎng)絡Network方面發(fā)力，進而催生了量子軟硬一體化解決方案。

“地利”上，一方面，百度推出的量脈、量槳、量易伏，為超導量子計算機”乾始“的成功研制提供了業(yè)界領(lǐng)先的量子軟件平臺。另一方面，百度瞄準量子計算產(chǎn)業(yè)化的目標，將量子應用、量子平臺、量子硬件進行了融合和高度集成。兩者缺一不可，是軟硬一體化方案成功實施的基石。

“人和”上，百度秉持開放可持續(xù)的量子生態(tài)建設理念，積極推進與業(yè)界科研院所的合作，為軟硬一體化方案成功實施提供了動能。

但量子計算的真正產(chǎn)業(yè)化，仍面臨來自科學、技術(shù)、工程上的多重困難和挑戰(zhàn)，主要的痛點就是量子硬件與實際應用之間存在著巨大的鴻溝，需要打通量子技術(shù)全鏈條中的一系列應用、軟件和硬件難題。

這就需要了解產(chǎn)業(yè)端的實際應用需求，從而推動綜合性的技術(shù)進步。這一觀點在近期召開的百度Create AI開發(fā)者大會也被強調(diào)，李彥宏稱“創(chuàng)新不是閉門造車。創(chuàng)新，是你有機會進入市場，不斷獲得用戶和客戶的反饋，摸著“反饋”過河才能實現(xiàn)的。”

具體到量子計算領(lǐng)域，百度量子計算機區(qū)別于谷歌/IBM的量子計算技術(shù)路線，積極研發(fā)面向產(chǎn)業(yè)化的超導量子計算機。百度還提出QIAN的戰(zhàn)略，推進中國量子產(chǎn)業(yè)化這條道路。

QIAN的“乾”戰(zhàn)略，也在近期召開的百度Create AI開發(fā)者大會被提及，是百度Create大會上亮相的十大“黑科技”之一。

據(jù)陳澄博士介紹，Q代表量子基礎(chǔ)問題的研究，主要關(guān)注量子算法，量子人工智能，量子架構(gòu)，特別地，基于百度飛槳上開發(fā)了全球首個云量一體的量子機器學習平臺——量槳，成功實現(xiàn)了量子計算與人工智能的深度融合。。

I代表基礎(chǔ)設施建設，也就是百度打造的從軟件到硬件全鏈條的高度集成的百度量子平臺。

A是百度想把量子技術(shù)真正賦能行業(yè)應用，聚焦關(guān)鍵量子應用的研發(fā)，比如人工智能、材料模擬、生物計算、金融科技等領(lǐng)域。

最后的N是量子網(wǎng)絡，它和經(jīng)典互聯(lián)網(wǎng)類似，最終會實現(xiàn)全聯(lián)通。基于此，百度希望去建設一種開放可持續(xù)的量子生態(tài)網(wǎng)絡，與合作伙伴共享量子生態(tài)的資源。

中科院院士潘建偉曾表示，量子計算的發(fā)展有三個階段，第一階段的目標是實現(xiàn)量子計算優(yōu)越性，第二階段，是實現(xiàn)專用的量子模擬機，第三階段，是構(gòu)建可編程通用量子計算機。

由于技術(shù)上的難度，何時實現(xiàn)通用量子計算機尚未明確，學術(shù)界一般認為還需要15年至20年，甚至更長的時間。

就目前來看，百度發(fā)布乾始和量羲，做到了量子應用、量子軟件、量子硬件核心技術(shù)全面自主自研，摸索出一條行之有效的產(chǎn)業(yè)化路徑，是量子計算產(chǎn)業(yè)化的重大突破，標志著中國在量子計算產(chǎn)業(yè)化進入世界第一梯隊。

“人人皆可量子”的遠景可能還有很長的一段路要走，但曙光已經(jīng)迎來，量子計算觸手可及也在不遠的將來。