量子時(shí)代正在加速到來(lái)。
2023年1月6日，北京亦莊，百度舉辦量子計(jì)算圓桌會(huì)，會(huì)議中，受邀人員可穿著防塵服進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，近距離參觀超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“乾始”。
不同于以往的量子計(jì)算機(jī)，“乾始”是一臺(tái)集中“應(yīng)用、軟件、硬件”三位于一體的高度集成的產(chǎn)業(yè)級(jí)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。這意味著“乾始”不再是一個(gè)“裸機(jī)”，而是可以“開(kāi)箱即用”。
“乾始”的出現(xiàn)讓量子算力走出實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化，變得觸手可及，也標(biāo)志著中國(guó)在量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化上進(jìn)入全球第一梯隊(duì)。
作者 | 知布
編輯 | 方遠(yuǎn)
從想象到實(shí)體
走進(jìn)百度量子實(shí)驗(yàn)室，機(jī)器運(yùn)行的嗡嗡聲馬上鉆進(jìn)耳朵，緊接著一個(gè)銀白色的豎桶映入眼簾。
這是百度量子計(jì)算機(jī)“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(cè)試平臺(tái)的主體，它為量子芯片提供了接近絕對(duì)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(gè)量子比特的超導(dǎo)量子芯片，在極度低溫環(huán)境下，芯片的能力和效率會(huì)極大提升。
百度量子計(jì)算研究所所長(zhǎng)段潤(rùn)堯曾經(jīng)形容，就好比你越冷靜就會(huì)越清醒，算得也就越快。
量子芯片、極低溫測(cè)試平臺(tái)和微波電子學(xué)設(shè)備組成了量子計(jì)算機(jī)的硬件平臺(tái)。但僅有量子硬件遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。長(zhǎng)久以來(lái)，量子計(jì)算的痛點(diǎn)之一就在于，量子硬件和量子服務(wù)兩者割裂。通俗的講，量子計(jì)算僅存在于實(shí)驗(yàn)室中，普通用戶卻無(wú)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(tái)量易伏。作為全球首個(gè)云原生量子計(jì)算平臺(tái)，量易伏提供了從量子應(yīng)用到量子硬件的一站式量子計(jì)算服務(wù)，支持手機(jī)端、電腦端、云開(kāi)發(fā)等多種使用模式。
用戶不僅可以在自己的手機(jī)、電腦編寫和提交量子算法或量子應(yīng)用任務(wù)，也可以接入百度自有硬件和第三方硬件，獲取量子計(jì)算能力。
軟件平臺(tái)量易伏和量子計(jì)算機(jī)硬件之間的橋梁是量脈。通過(guò)量脈，可以把量子邏輯門編譯成硬件可以識(shí)別的微波脈沖信號(hào)指令。
在具體應(yīng)用領(lǐng)域，百度量子則推出量子機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)“量槳”，賦能量子計(jì)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(yīng)用三大模塊，也就形成了全球首個(gè)全平臺(tái)量子計(jì)算軟硬一體化方案“量羲”。而“乾始”則是集量子應(yīng)用、量子軟件、量子硬件于一體的產(chǎn)業(yè)級(jí)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。
從硬件到軟件再到應(yīng)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(wù)打下了基矗
量子時(shí)代到來(lái)
在學(xué)界和業(yè)界看來(lái)，如今我們進(jìn)入了第二次量子革命時(shí)代。量子計(jì)算被認(rèn)為是下一代計(jì)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(lái)越小，相反，芯片上集成的晶體管數(shù)量卻越來(lái)越多。
當(dāng)芯片的尺寸小到一個(gè)極限的時(shí)候，自然進(jìn)入到了量子世界，從而產(chǎn)生量子效應(yīng)。“所以我們需要遵循量子規(guī)律去設(shè)計(jì)制造符合這樣規(guī)律的量子芯片。”百度量子計(jì)算研究所高級(jí)研究員陳澄博士表示。
與此同時(shí)，在當(dāng)下的信息化社會(huì)中，數(shù)字化經(jīng)濟(jì)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(jì)算機(jī)所能處理和計(jì)算的數(shù)量卻有自身的天花板。
相比于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算的優(yōu)勢(shì)不可比擬。據(jù)陳澄博士介紹，“量子計(jì)算所帶來(lái)算力的提升不是倍數(shù)的，它是呈指數(shù)級(jí)的一個(gè)提升，量子計(jì)算會(huì)對(duì)整個(gè)經(jīng)典應(yīng)用場(chǎng)景起到加速作用，甚至?xí)䦟?duì)一些行業(yè)產(chǎn)生顛覆性的改變。”
未來(lái)，量子應(yīng)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(jì)算機(jī)則需要10萬(wàn)年以上。
根據(jù)《2022全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》顯示，2021年，全球量子計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模約為8億美元，預(yù)計(jì)到2024年市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)到40億美元左右。
CV前沿科技咨詢總監(jiān)朱迪格林預(yù)計(jì)，到 2030 年前后，全球量子計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模將從容錯(cuò)量子計(jì)算時(shí)代開(kāi)啟時(shí)，呈現(xiàn)指數(shù)上升趨勢(shì)，至千億美元甚至更高。”
量子計(jì)算未來(lái)潛力巨大，國(guó)內(nèi)外紛紛在量子計(jì)算上積極展開(kāi)部署，群雄逐鹿。
國(guó)際上，2018年，歐盟投入10億歐元實(shí)施量子旗艦計(jì)劃。同期，美國(guó)通過(guò)《國(guó)家量子倡議法案》，旨在確保美國(guó)在量子信息及其應(yīng)用方面的持續(xù)領(lǐng)導(dǎo)地位，提出《無(wú)盡前沿法案》，計(jì)劃投資1000億美元在量子計(jì)算等10個(gè)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(jì)算，IonQ、Rigetti、PsiQuantum 等量子計(jì)算新貴已獲得數(shù)億美元的風(fēng)險(xiǎn)投資。
國(guó)內(nèi)，中科院、中科大、清華大學(xué)等頂尖科研機(jī)構(gòu)已有所突破，比如中國(guó)科技大學(xué)開(kāi)發(fā)的66量子比特的“祖沖之號(hào)”實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性，計(jì)算復(fù)雜度比谷歌“懸鈴木”提高了6個(gè)數(shù)量級(jí)。
2018年3月，百度量子計(jì)算研究所成立，并在接下來(lái)的幾年陸續(xù)發(fā)布國(guó)內(nèi)首個(gè)云上量子脈沖系統(tǒng)“量脈”，全球首個(gè)云量一體的量子機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)“量槳”和全球首個(gè)云原生量子計(jì)算平臺(tái)“量易伏”。
百度量子研究所所長(zhǎng)段潤(rùn)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(xiàng)目為主體的百度量子平臺(tái)，旨在提供全面的量子基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù) 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(kāi)始的目標(biāo)就很清晰，要充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)公司的優(yōu)勢(shì)，先把軟件平臺(tái)搞好。百度量子計(jì)算不是解決某一個(gè)特定問(wèn)題，而是帶著產(chǎn)業(yè)化的思維去探索多樣應(yīng)用場(chǎng)景。
量子產(chǎn)業(yè)化道路
百度CTO王海峰曾說(shuō)，量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化是發(fā)揮量子價(jià)值的重要方式。科技創(chuàng)新只有真正應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)，才有長(zhǎng)久的生命力。
百度做到量子產(chǎn)業(yè)化離不開(kāi)“天時(shí)”“地利”“人和”。
“天時(shí)”上，國(guó)家“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要強(qiáng)調(diào)要在量子信息等產(chǎn)業(yè)變革領(lǐng)域，實(shí)施未來(lái)產(chǎn)業(yè)孵化與加速計(jì)劃，布局一批未來(lái)產(chǎn)業(yè)，加快布局量子計(jì)算、量子通信等前沿技術(shù)。
百度也順應(yīng)時(shí)機(jī)進(jìn)行戰(zhàn)略升級(jí)，專門制定了QIAN戰(zhàn)略，在量子基礎(chǔ)研究Quantum、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)Infrastructure、前瞻性量子應(yīng)用Application和量子生態(tài)網(wǎng)絡(luò)Network方面發(fā)力，進(jìn)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(dǎo)量子計(jì)算機(jī)”乾始“的成功研制提供了業(yè)界領(lǐng)先的量子軟件平臺(tái)。另一方面，百度瞄準(zhǔn)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)，將量子應(yīng)用、量子平臺(tái)、量子硬件進(jìn)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(shí)施的基石。
“人和”上，百度秉持開(kāi)放可持續(xù)的量子生態(tài)建設(shè)理念，積極推進(jìn)與業(yè)界科研院所的合作，為軟硬一體化方案成功實(shí)施提供了動(dòng)能。
但量子計(jì)算的真正產(chǎn)業(yè)化，仍面臨來(lái)自科學(xué)、技術(shù)、工程上的多重困難和挑戰(zhàn)，主要的痛點(diǎn)就是量子硬件與實(shí)際應(yīng)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(yīng)用、軟件和硬件難題。
這就需要了解產(chǎn)業(yè)端的實(shí)際應(yīng)用需求，從而推動(dòng)綜合性的技術(shù)進(jìn)步。這一觀點(diǎn)在近期召開(kāi)的百度Create AI開(kāi)發(fā)者大會(huì)也被強(qiáng)調(diào)，李彥宏稱“創(chuàng)新不是閉門造車。創(chuàng)新，是你有機(jī)會(huì)進(jìn)入市場(chǎng)，不斷獲得用戶和客戶的反饋，摸著“反饋”過(guò)河才能實(shí)現(xiàn)的。”
具體到量子計(jì)算領(lǐng)域，百度量子計(jì)算機(jī)區(qū)別于谷歌/IBM的量子計(jì)算技術(shù)路線，積極研發(fā)面向產(chǎn)業(yè)化的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。百度還提出QIAN的戰(zhàn)略，推進(jìn)中國(guó)量子產(chǎn)業(yè)化這條道路。
QIAN的“乾”戰(zhàn)略，也在近期召開(kāi)的百度Create AI開(kāi)發(fā)者大會(huì)被提及，是百度Create大會(huì)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(wèn)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(kāi)發(fā)了全球首個(gè)云量一體的量子機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)量槳，成功實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)算與人工智能的深度融合。。
I代表基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，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(tái)。
A是百度想把量子技術(shù)真正賦能行業(yè)應(yīng)用，聚焦關(guān)鍵量子應(yīng)用的研發(fā)，比如人工智能、材料模擬、生物計(jì)算、金融科技等領(lǐng)域。
最后的N是量子網(wǎng)絡(luò)，它和經(jīng)典互聯(lián)網(wǎng)類似，最終會(huì)實(shí)現(xiàn)全聯(lián)通。基于此，百度希望去建設(shè)一種開(kāi)放可持續(xù)的量子生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，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(jì)算的發(fā)展有三個(gè)階段，第一階段的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性，第二階段，是實(shí)現(xiàn)專用的量子模擬機(jī)，第三階段，是構(gòu)建可編程通用量子計(jì)算機(jī)。
由于技術(shù)上的難度，何時(shí)實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算機(jī)尚未明確，學(xué)術(shù)界一般認(rèn)為還需要15年至20年，甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。
就目前來(lái)看，百度發(fā)布乾始和量羲，做到了量子應(yīng)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(jì)算產(chǎn)業(yè)化的重大突破，標(biāo)志著中國(guó)在量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化進(jìn)入世界第一梯隊(duì)。
“人人皆可量子”的遠(yuǎn)景可能還有很長(zhǎng)的一段路要走，但曙光已經(jīng)迎來(lái)，量子計(jì)算觸手可及也在不遠(yuǎn)的將來(lái)。
