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走出实验室,有望产业化?百度抢跑量子计算

出处:北京商报 作者:魏蔚 网编:产经中心 2022-08-25

量子计算产业化是发挥量子价值的重要方式,量子计算机和一体化解决方案可以提供产业落地路径。8月25日,百度推出超导量子计算机“乾始”和全平台量子软硬一体解决方案“量羲”,“乾始”集量子硬件、量子软件、量子应用于一体,“量羲”可适配多类型主流量子芯片,能实现量子芯片“即插即用”。

作为一种全新的计算方式,量子计算在基础科学探索、数字经济、人工智能、信息安全等领域都具备颠覆性的手段,世界各国和各大高科技公司围绕量子科技正紧密布局。百度只是挤进量子计算赛道的科技公司之一,这场竞赛也才刚刚开始。

百度提供

“200秒”PK“一万年”

“这是一台超弦计算机,是我从气象模拟中心带出来的”,作家刘欣慈的科幻小说《镜子》中的这台计算机,拥有几乎无限的运算和存贮能力,只要给定每个粒子的初始条件,就连模拟宇宙运行也能做到准确无误。小说中的超弦计算机被认为是量子计算机,也可以类比百度8月25日推出的超导量子计算机“乾始”。

量子计算机的计算优势,可以参考北京量子信息科学研究院院长向涛提供的数据:“一台100个容错量子比特量子计算机的算力,可超越目前世界上所有计算机的算力之和。”也可以通过谷歌的研究来感受,2019年谷歌在一台53比特的量子计算机上仅用200秒就完成了在超级计算机上需要一万年的计算。

“量子信息技术主要包括量子计算、量子通讯与量子精密测量,核心是量子计算。没有量子计算,仅仅是量子通讯和量子精密测量不足以动摇现有信息社会的信息技术根基。所谓量子计算,就是按照既定的算法和程序对量子态进行操控的过程。”向涛进一步介绍,“但凡需要数据处理和计算的地方,都是量子计算可以发挥作用的地方。”

不过,作为后摩尔时代提升计算能力的一种全新解决方案,量子计算的发展还在初期。“第一阶段的目标是实现量子计算优越性,即量子计算机对特定问题的计算能力超越超级计算机,这一目标美国、中国和加拿大已先后达到;第二阶段的目标是实现专用的量子模拟机,来指导材料设计、药物开发等,估计还需要5到10年,是当前学术界主要的研究任务;第三阶段是在实现量子纠错的基础上,构建可编程通用量子计算机。学术界一般认为还需要15年至20年甚至更长的时间”,中国科学技术大学常务副校长潘建伟从学术角度给出了节奏。 

需要硬软件和解决方案

回到量子计算机,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,通过它来实现对所有硬件的整合和操纵,使它能够运转,并执行信息处理任务;顶层是量子应用算法或者软件,针对某种应用场景,通过运行它实现特定的信息处理和计算工作。

在百度量子计算研究所所长段润尧看来,当下量子计算面临重大挑战。“找到一个新的算法这件事本身就很困难,需要非常聪明的科学家做相关的研究。我们也没有合适的量子操作系统和大量的应用软件研发。最底层的硬件,如何能够提供持续稳定的量子硬件平台、怎么保证这样的东西和软件进行很好的交互,这些都是挑战”,他直言。

百度推出的“乾始”对应解决的就是上述困难。百度相关人士向北京商报记者介绍,“乾始”是集量子硬件、量子软件、量子应用于一体的产业级超导量子计算机,其量子硬件平台已搭载10量子比特高保真度超导量子芯片,为用户提供稳定优质的量子计算服务,量子软件平台支持通过云服务获得量子算力,提供产业级量子计算服务。

百度还强调了量子操作系统“量易伏”。“量易伏是一个编程平台,也是一个云原生的量子计算平台,连接的是真实的量子计算机,不仅仅是模拟器”,段润尧补充。北京商报记者发现,目前量易伏App已在苹果和安卓应用商店上线,用户下载App就可以体验量子计算。

基于乾始,百度发布了全平台量子软硬一体化解决方案“量羲”。量羲提供私有化部署、云服务、硬件接入等一系列服务,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。

五年后市场规模107亿美元

任何一项新技术都面临产业化,这是牛津大学数学系量子物理教授Artur Ekert强调的重点。

他以经典计算机的发展历史为背景,“经典计算机萌生于一个世纪前,几十年内,计算行业已经发展成商业的重要组成部分。现在已经是价值几十亿美元的产业,主导着经济发展。我认为现在就像重启计算机时代,但是要改用量子计算机和量子技术。我们要逐渐开始构建设备,这不再只是关乎理论、关乎想法,而是试图要把整个量子计算发展成为商业产业”。

根据IDC的预测,2027年全球量子计算市场规模将达到107亿美元。段润尧提供的数据是,“到2031年,全球量子计算直接相关的产业规模可能达到8000亿元。也有调研表明,重大的企业有将近70%的企业都希望能够进行量子计算相关的布局”。

放到更大的角度看,国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要强调要在量子信息等产业变革领域,实施未来产业孵化与加速计划,布局一批未来产业,加快布局量子计算、量子通信等前沿技术。《北京市“十四五”时期高精尖产业发展规划》明确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。

国际间的竞争也在悄然升级。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》旨在确保美国在量子信息及其应用方面的持续领导地位,提出《无尽前沿法案》计划投资1000亿美元在量子计算等10个领域。此外,诸如谷歌、IBM、微软等美国公司都在加快研发与布局量子计算平台。

在国内科技圈,百度、腾讯、阿里、华为等都已入局。7月,阿里达摩院开拓新型量子比特平台的研究,在全球物理学顶刊《Physical Review Letters》最新第129期上发表,并被选为“编辑推荐”文章。8月,腾讯量子实验室宣布,自主研发并生产了一款具有创新设计的阻抗匹配量子参量放大器。

北京商报记者 魏蔚

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