百度首个超导量子计算机发布，搭载10量子比特，秀软硬一体解决方案

作者 | 夏舍予

编辑 | 徐珊

智东西8月25日报道，今日，百度首届量子开发者大会在北京亦庄举行。大会上，百度正式发布产业级超导量子计算机“乾始”和全平台量子软硬一体化解决方案“量羲”。两者的发布，说明百度打通了量子计算从硬件到平台，再到软件应用的全链条，百度量子实验室开始向产业化发展。

什么是量子计算？量子计算就是一种按照既定的算法和程序对量子态进行操控的过程。量子计算能应用在任何需要数据处理的领域，如人工智能、破译密码、生物制药等。

▲百度发布“乾始”和“量羲”

近年来，百度一直积极布局量子计算产业，不断推进新技术研发。2018年3月，百度量子成立，这几年来，百度量子陆续发布了云上量子脉冲系统“量脉”、云量一体量子机器学习平台“量桨”、云原生量子计算平台“量易伏”，以及量子学习知识库“量易简”。

今天，百度又发布了“乾始”和“量羲”。“乾始”集量子硬件、软件平台、量子应用于一身，已接入第三方超导与离子阱量子硬件。“量羲”具备适配超导、离子阱等多类型主流量子芯片，可实现量子芯片“即插即用”。

一、由量子芯片供能，超导量子计算机“乾始”发布

会上，百度量子计算研究所所长段润尧博士为我们介绍了“乾始”的更多细节。段润尧博士说，“乾始”分为三个层次，底层是硬件，中间是软件，上层是应用，而其中最核心的就是底层的硬件。

▲百度量子计算研究所所长段润尧

百度研究团队在底层的极度低温环境下放置了一个量子芯片，该芯片搭载10个量子比特，能为量子计算机提供所有的算力，接下来他们将继续设计搭载36个量子比特的芯片并投入流片。而中间的操作系统叫做量易伏，段润尧博士解释，这是“量子易于降伏”的意思，该系统可以让程序员查询各种编程方式。上层是各种各样的应用，这些应用由量桨工具集提供。量桨工具集是一种把量子计算和深度学习平台飞桨结合起来的工具。

▲“乾始”全景图

在此基础上，百度推出了全平台量子软硬一体解决方案“量羲”。全平台意味着前段包含了移动端、PC端、云端。“量羲”提供私有化部署、云服务、硬件接入等服务，可以极大简化从量子硬件部署到量子服务的全流程。“量羲”具备适配超导、离子阱等多类型主流量子芯片，可实现量子芯片“即插即用”。 目前，“量羲”已经完成中科院物理所超导量子芯片和中科院精密测量院离子阱量子芯片连接验证。

二、量子计算机性能呈指数增长，一台或超目前所有计算机算力总和

北京量子信息科学研究院院长向涛在开场演讲中为我们简单介绍了量子计算的概念。

量子计算，即按照既定的算法和程序对量子态进行操控的过程。量子计算在很多领域都能得到应用，如人工智能、破译密码、生物制药、化学合成、物流及交通控制、天气预报、数据搜索、材料基因、金融安全等。

向涛院士说，粗略来讲，传统计算机的算力与半导体芯片的集成度成正比，增长一倍的算力，就必须增长一倍的集成度。但量子计算机不同，每增加一个量子比特，量子计算机的算力就会增加一倍。这意味着，量子计算对信息处理的速度不是线性增长，而是指数增长，这种特性会为现代社会带来信息革命。

▲北京量子信息科学研究院院长向涛

但目前，我们还远未达到要实现量子计算指数性加速度要求。去年，北京量子信息科学研究院把单个超导量子的相关时间提高到了503微秒，这是世界目前最高水平，但也远未达到要实现量子计算指数性加速要求。

当前我国的量子计算技术研究还处于起步阶段，其发展路线、方式、目标都存在不确定性。但量子计算带来的回报是巨大的，向涛院士说，从理论上讲，一台拥有100个容错量子比特的量子计算机算力能够超越目前世界上所有计算机的算力之和。

向涛院士说，乐观估计，到2030年左右，我们能高质量制备和操控的量子比特数将达到上万个。到2040年左右，我们将可以制备出基础的量子计算机。到那时，全世界的量子信息技术及应用将全面进入高速发展阶段。

三、需要跨界、跨学科协同合作，量子计算是生态之争

中国科学院院士薛其坤为我们介绍道，研发实用化量子计算机是一个非常复杂的工程。它不仅需要跨界合作，还需要跨学科交叉人才。

从研发进程上看，它分为研制、验证和应用三个阶段，需要高校、研究院、企业共同合作，做到产学研一体化。研制即从0到1，这个阶段适合在高校和科研单位完成。验证即1到10，需要不断发现和解决问题，并为下一步的应用做准备。这一阶段适合在新型研发机构或研究院完成。应用即10到100，是走向市场化的关键过程，这个阶段的主体是企业。

▲中国科学院院士薛其坤

从量子计算机本身的技术层面看，它分为硬件、系统和软件三个层次。

硬件在底层，包括量子芯片、低温装置、电子学仪表等。中间层是量子操作系统，量子操作系统能整合和操纵所有硬件，让量子计算机执行信息处理任务。顶层是量子应用软件，它们能实现特定的信息处理和计算工作，适用于专门的应用场景。

▲超导量子计算机“乾始”

三个层次需要不同学科背景的人才完成，硬件层需要有物理、微电子、低温、微波、电子学等学科背景的人来完成；系统层需要计算机、通信等专业的人来完成；软件层需要数学、物理学、化学、生物、金融、医药等学科和领域的人参与。

薛其坤院士说，当前量子计算的发展正逐步迈向产业化的关键时期，量子计算的竞争归根到底是发展生态的竞争。

结语：量子计算技术仍处初阶，各国继续加大投入

近年来，世界各国都在加大对量子计算领域的布局。2018年，欧盟投入10亿欧元实施量子旗舰计划。2018年，美国通过《国家量子倡议法案》（NQI）、《无尽前沿法案》（Endless Frontier Act），并计划在量子计算等高科技领域投资1000亿美元。

而我国也出台了量子计算相关的政策，加大了对量子计算领域的投入。《“十四五”规划纲要和2035年远景目标纲要》强调，我国要着力攻克量子计算等高新技术领域。《北京“十四五”时期高精尖产业发展规划》明确提出，我国要大力推进超导量子计算机研制，抢占量子国际竞争制高点。

但目前，我们仍处于量子计算技术发展的初期阶段。要想真正进入量子计算的全面发展阶段，我们还有很长的一段路要走。