自此乾坤始：中國量子計算產(chǎn)業(yè)化的激變時刻

說起“量子計算”，你先想起什么？是“遇事不決，量子力學(xué)”的玄乎概念，還是谷歌/IBM等科技巨頭為實現(xiàn)量子計算應(yīng)用價值的神仙斗法？或許在拋腦洞和掰手腕之間，還有另一種選擇，那就是一步一個腳印地朝著量子計算的山峰攀登。

與經(jīng)典計算相比，量子計算的最大特點是它能夠進行強大的并行計算，根據(jù)理論設(shè)想，由幾百個量子比特構(gòu)成的量子計算機，利用量子相干疊加原理，計算能力隨可操縱的粒子數(shù)呈現(xiàn)出驚人的指數(shù)增長，為經(jīng)典計算機無法解決的大規(guī)模計算難題提供解決方案。

2012年，物理學(xué)家約翰·普萊斯基爾(JohnPreskill)提出了量子計算的“三座里程碑”，也被國際公認(rèn)是達成通用量子目標(biāo)的三個階段——第一座山：量子霸權(quán)。它指的是造出在某個問題上超越經(jīng)典計算機能力的量子計算機。谷歌的懸鈴木、中科大的九章、祖沖之等，都已經(jīng)相繼在特定任務(wù)上實現(xiàn)了量子計算優(yōu)越性。不過，為量子優(yōu)越性打造的量子計算機，是針對特定任務(wù)進行精心設(shè)計的，主要意義是證明量子計算的潛力。想要讓量子計算來解決實用問題，就需要跨越第二座山：實用量子模擬機，制造出專用的量子模擬機，對量子體系進行精準(zhǔn)制備、操控與測量，為走入商用做準(zhǔn)備。第三座山，是最終、也最困難的目標(biāo)，研制可編程的通用量子計算機。

顯然，羅馬不是一天建成的，量子計算對于今天的中國，是一場任重道遠的旅程，但欣慰的是，一批中國科技人已經(jīng)邁出了腳步。九章、祖沖之等量子計算機的突破，證明了中國量子在學(xué)術(shù)科研領(lǐng)域達到了國際一流水平。8月25日，“量見未來”量子開發(fā)者大會在北京舉辦，會議期間，百度對外發(fā)布超導(dǎo)量子計算機“乾始”，并推出全球首個全平臺量子軟硬一體化解決方案“量羲”，則標(biāo)志著中國在量子計算產(chǎn)業(yè)化上進入全球第一梯隊。

百度率先將量子硬件、量子軟件、量子應(yīng)用集成于一體，并提供包括手機端、電腦端、云開發(fā)等在內(nèi)的全平臺使用方式，直接降低了量子產(chǎn)業(yè)應(yīng)用門檻，則讓量子變得觸手可及。這一成果所傳遞出的信息讓我們相信，是時候盡快和大家一起學(xué)習(xí)和了解量子，更重要的是，了解量子計算產(chǎn)業(yè)化所帶來的新機與變化。

丈山：量子計算山高路遠，但沿途皆是風(fēng)景

講一個有趣的見聞，在某次媒體座談會上，我見證了一群民生記者、金融記者、科技記者、物理自媒體人等聚在一起談?wù)摿孔佑嬎愕膱雒?，大家一直在爭論量子計算到底有沒有應(yīng)用價值，能用來做哪些任務(wù)，經(jīng)典計算真的做不了嗎。這其實是大眾面對量子計算時，最容易出現(xiàn)的一種想法，就是將發(fā)展量子計算與經(jīng)典計算進行似是而非的對比，很像1825年9月“旅行者號”機車正式試車時，一些人趕著馬車與其賽跑，還真的能與火車并駕齊驅(qū)，但蒸汽機車所開啟的交通和空間革命，顯然是馬車所不可比擬的。

提出量子計算階段論的物理學(xué)家約翰·普萊斯基爾，把當(dāng)下這個時代，稱為“嘈雜中間尺度量子”(NISQ)時代，在實現(xiàn)50-100量子比特的中型量子計算機后，便可將其應(yīng)用于探索更多現(xiàn)有經(jīng)典計算機無法進行但更具開拓性的研究領(lǐng)域。

通用量子計算的終極目標(biāo)固然山高路遠，但沿途亦是風(fēng)景，量子計算進入更有價值的應(yīng)用階段，其實離我們比想象中近得多。量子計算的產(chǎn)業(yè)化價值，表現(xiàn)在近景和遠景兩個方面。

從近處看，量子應(yīng)用已經(jīng)啟航，應(yīng)用場景不斷被挖掘。量子計算雖然目前還不能廣泛應(yīng)用到各種場景當(dāng)中，但在某些特定領(lǐng)域的商用價值已經(jīng)可以開始顯現(xiàn)。比如迪拜水電局（DEWA）就正在與微軟合作開發(fā)新的量子解決方案，利用量子驅(qū)動的Azure服務(wù)，解決能源優(yōu)化問題。?？松梨?、英國石油公司等也與IBM達成協(xié)議，利用量子計算應(yīng)對計算挑戰(zhàn)，開發(fā)下一代能源和工業(yè)解決方案，提高效率并降低碳排放的潛在影響。

從遠景看，量子計算支撐數(shù)字經(jīng)濟，產(chǎn)業(yè)化賽道正在擴張。量子計算與AI技術(shù)、經(jīng)典計算相結(jié)合，形成更強大的計算能力，再通過集成到云端，為千行百業(yè)所用，對發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟大有裨益?！禣ECDDigitalEconomyOutlook》明確將人工智能、分布式技術(shù)、量子計算列為數(shù)字經(jīng)濟的三大引擎，《國家十四五規(guī)劃與2035年遠景目標(biāo)綱要》也提出，打造數(shù)字經(jīng)濟新優(yōu)勢，要加快布局量子計算、量子通信、神經(jīng)芯片、DNA存儲等前沿技術(shù)。

或許我們無法理解量子糾纏的神秘，但至少已經(jīng)明確知道一點：那就是量子計算絕對處在一邊研發(fā)、一邊受益的階段，其產(chǎn)業(yè)化會比想象中來得更快，勢能也更加迅猛。

薛其坤院士、潘建偉院士、俞大鵬院士也在此次活動視頻致辭中提到，各方要共建可持續(xù)的量子生態(tài)發(fā)展環(huán)境，推動量子計算產(chǎn)業(yè)化進程。

攀登：百度為代表的中國產(chǎn)業(yè)力量

量子計算產(chǎn)業(yè)化對于國家與社會都有著直接強烈的價值，提早布局當(dāng)然好處更多，但技術(shù)從實驗室到產(chǎn)業(yè)化的大門卻沒那么容易推開。將量子技術(shù)應(yīng)用于真正的生產(chǎn)生活，量子計算產(chǎn)業(yè)化具有很多挑戰(zhàn)。

首先是硬件。經(jīng)典計算的發(fā)展歷史告訴我們，當(dāng)硬件變得可用時，會刺激和加速新算法的發(fā)展。同樣的情況也會在量子計算機上發(fā)生，因此量子計算產(chǎn)業(yè)化首先要解決硬件難題。一方面，量子計算機的技術(shù)實現(xiàn)路線有很多，各家廠商都有自己押注的方向，哪一條路線會跑到最后還未可知；另外，商用量子計算機要求較強的工程化、通用性能力，解決噪音、穩(wěn)定性、容錯、通用任務(wù)等問題。技術(shù)領(lǐng)先與自主可控也至關(guān)重要，量子計算已經(jīng)成為國家科技競賽的焦點，硬件自研為產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定技術(shù)基礎(chǔ)和支撐。在核心的量子計算硬件層面，有資格參與的玩家不多，谷歌/IBM/微軟/英特爾等科技巨頭在參加量子計算機的賽跑，國內(nèi)以中科院、中科大、清華大學(xué)等頂尖科研機構(gòu)為主，企業(yè)中具備超前布局和研發(fā)能力的則是百度、華為、阿里等頭部企業(yè)。

其次是軟件。相比經(jīng)典計算機，量子計算的應(yīng)用條件和應(yīng)用適配性都無法同日而語，目前主流的量子應(yīng)用是高校、學(xué)術(shù)機構(gòu)、大型企業(yè)通過云端進行訪問量子計算機。量子計算產(chǎn)業(yè)化離不開強大穩(wěn)定的量子操作系統(tǒng)來“承上啟下”，向下對接芯片處理器等硬件，向上支撐中間件、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用軟件與服務(wù)等，以及不斷豐富與實用的量子應(yīng)用程序。目前國際上谷歌、IBM等公司陸續(xù)公布了各種量子計算的編程框架及軟件庫。國內(nèi)，也出現(xiàn)了百度的量子機器學(xué)習(xí)開源框架量槳、百度量子操作系統(tǒng)量易伏、華為的量子計算軟件云平臺HiQ等產(chǎn)品。

接下來是生態(tài)。經(jīng)典計算中，國產(chǎn)硬件和操作系統(tǒng)難以突出外企重圍的關(guān)鍵因素，就是生態(tài)建設(shè)的相對匱乏。幸好在量子計算中，中國有著并駕齊驅(qū)的技術(shù)優(yōu)勢，誰能吸引龐大的量子用戶群體，構(gòu)建起量子計算系統(tǒng)所適配的應(yīng)用生態(tài)，就能形成產(chǎn)業(yè)級先發(fā)優(yōu)勢，避免掣肘于人。這就要求量子硬件與服務(wù)能夠展現(xiàn)出與產(chǎn)業(yè)場景的契合度、商業(yè)可行性，打造面向未來的生態(tài)系統(tǒng)。除了各個科技企業(yè)加大生態(tài)扶持之外，近年來各地方政府也在量子計算規(guī)劃下積極培養(yǎng)量子相關(guān)方向的產(chǎn)業(yè)生態(tài)集群。

理解了量子計算產(chǎn)業(yè)化環(huán)環(huán)相扣的難點之后，下一個關(guān)鍵詞是：破局。這是對中國量子產(chǎn)業(yè)力量的考驗，也是百度量子實驗室所瞄準(zhǔn)的方向。

這次百度發(fā)布的量子計算軟硬件解決方案，讓人眼前一亮的地方在于，采取了硬件、軟件、生態(tài)齊頭并進、協(xié)同突破的發(fā)展路線，其中頗多可解讀之處。

硬件方面：超導(dǎo)技術(shù)體系+產(chǎn)業(yè)級“開箱即用”+底層自研能力?！扒肌背瑢?dǎo)量子計算機，有三個核心特點，一是采用超導(dǎo)技術(shù)體系。實現(xiàn)量子計算機的技術(shù)路線有很多，比如谷歌、IBM、中科大祖沖之都采用的超導(dǎo)路線，英特爾專注硅量子點技術(shù)，九章則采用光量子技術(shù)。相較之下，超導(dǎo)體系擴展性好，量子比特相干時間長，操作速度快，保真度高，加工工藝成熟，這使得“乾始”未來更容易被產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。二是“開箱即用”的產(chǎn)業(yè)級交付?！扒肌辈皇且慌_只有量子芯片、稀釋制冷劑等組成的“裸機”，還搭載了自研量子操作系統(tǒng)量易伏、量子測控平臺量脈以及豐富的量子應(yīng)用程序，相當(dāng)于一臺電腦已經(jīng)預(yù)裝好了各種應(yīng)用，消費者拿到手可以直接使用，不用額外找人裝機。三是保證了穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)量子計算服務(wù)的提供，“乾始”量子硬件平臺已經(jīng)搭載了10量子比特高保真度超導(dǎo)量子芯片，確保了在核心技術(shù)上的領(lǐng)先性與自主可控。

軟件方面：軟硬一體+全鏈條+全平臺?，F(xiàn)階段量子計算領(lǐng)域痛點之一是量子硬件和量子服務(wù)割裂。國內(nèi)外眾多高校都有自己的量子硬件實驗室，但難以將量子算力轉(zhuǎn)化為用戶觸手可及的量子服務(wù)。因此國際上也出現(xiàn)了很多軟件創(chuàng)業(yè)公司，比如總?cè)谫Y近2億美元的RigettiComputing，在研究量子處理器（QPU）、控制系統(tǒng)、編程工具等等。英國公司CambridgeQuantumComputing為商用量子計算機提供工具開發(fā)服務(wù)。百度量子的不同之處在于：第一，軟硬件一體。憑借量子硬件自研的技術(shù)優(yōu)勢，“量羲”得以實現(xiàn)操作系統(tǒng)對軟硬件的深度協(xié)同，對量子算力進行充分釋放、調(diào)度和分配，幫助行業(yè)內(nèi)企業(yè)建立軟硬一體化的量子能力。第二，全鏈條。借助百度量子近五年研發(fā)所沉淀的各類工具套件、軟件應(yīng)用與開發(fā)經(jīng)驗，“量脈”把軟件的門電路實際翻譯成一系列的量子脈沖信號，云原生的編程平臺量易伏，量子學(xué)習(xí)工具集量槳，打通軟件、硬件、應(yīng)用三位一體的鏈條，這些技術(shù)和工具產(chǎn)品通過“量羲”解決方案及服務(wù)向外輸出釋放，降低量子應(yīng)用的門檻。第三，全平臺。“量羲”提供手機端、電腦端、云開發(fā)等多種使用方式，讓量子的魅力“觸手可及”。

對于硬件廠商來說，可以專注于提高量子硬件性能，無需擔(dān)心硬件轉(zhuǎn)化為服務(wù)的問題，不同種類的量子芯片都能方便地通過百度量子平臺對外輸出量子算力，通過“量羲”可以“即插即用”釋放算力；對于開發(fā)者來說，無需開發(fā)控制系統(tǒng)和量子編程語言，也無需自己搭建量子機器，通過“量羲”就能直接調(diào)用底層量子算力并進行量子應(yīng)用、量子算法的全流程開發(fā)。對產(chǎn)業(yè)用戶來說，基于“量羲”的量子云服務(wù)或者私有化部署，能夠打造出量子化解決方案，支撐量子在產(chǎn)業(yè)場景中落地?？偟膩碚f，“量羲”作為量子計算產(chǎn)業(yè)化的服務(wù)之“魂”，正在讓量子計算產(chǎn)業(yè)化變得簡單。

生態(tài)方面：量子產(chǎn)業(yè)化全流程打通+產(chǎn)學(xué)研用一體化打通。當(dāng)量子計算開始邁入產(chǎn)業(yè)化軌道，意味著產(chǎn)業(yè)生態(tài)的匯聚和成型。百度量子一方面，將量子應(yīng)用、量子平臺、量子硬件進行了融合和高度集成，通過“乾始”+“量羲”實現(xiàn)了從底層硬件、中間操作系統(tǒng)到上層應(yīng)用軟件全流程打通，搭建一條從微觀量子世界通往宏觀現(xiàn)實世界的橋梁。

另一方面，量子計算只有走出實驗室、走向產(chǎn)業(yè)原野，為更多企業(yè)所采用，才能幫助中國量子領(lǐng)跑世界。面向?qū)W術(shù)界，百度量子與中科院等學(xué)術(shù)機構(gòu)合作，接入多種量子硬件；面向產(chǎn)業(yè)界，百度積極推動量子計算產(chǎn)業(yè)化，不斷降低量子計算的學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)門檻，補齊了量子技術(shù)到廣大用戶的最后一環(huán)。

基于關(guān)鍵環(huán)節(jié)的連通，百度鋪好了量子產(chǎn)業(yè)化的康莊大道，量子科技生態(tài)不斷匯聚、可持續(xù)發(fā)展，生態(tài)中的每一個人、每一家企業(yè)，共同組成了中國在量子科技競賽中處于優(yōu)勢位置的關(guān)鍵力量。

正如百度CTO王海峰在量子開發(fā)者大會上所說，科技創(chuàng)新只有真正應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)，在實踐中驗證其價值，才有長久的生命力。而量子計算產(chǎn)業(yè)化是發(fā)揮量子價值的重要方式，最終惠及每一個人。

遠望：百度如何凝視技術(shù)未來？

浮出水面的百度量子軟硬一體化解決方案，標(biāo)志著中國在量子計算產(chǎn)業(yè)化的重大突破，背后是一大波貨真價實的技術(shù)輸出。2021年發(fā)布的《中國人工智能高價值專利及創(chuàng)新驅(qū)動力分析報告》顯示，百度在量子計算全球高價值專利及創(chuàng)新驅(qū)動力排名中位列國內(nèi)第一、國際第三。

我們在感嘆百度布局科技前瞻性的同時，也很好奇到底是什么促使百度為量子這個超前領(lǐng)域投入如此多的關(guān)注研發(fā)資源？可以從內(nèi)部和外部兩個方面來看待這個問題。

從內(nèi)部基因來看，技術(shù)是百度安身立命的信仰，產(chǎn)業(yè)化身位則是其量子戰(zhàn)略與布局因何不凡的原因。超前研究、全面自主、產(chǎn)研融合、規(guī)?；瘧?yīng)用，是百度從互聯(lián)網(wǎng)時代到AI時代一路驗證的技術(shù)路徑。以AI為例，百度從2010年左右開始布局和構(gòu)建技術(shù)優(yōu)勢，到推動AI低門檻、產(chǎn)業(yè)化，走向千行萬業(yè)的經(jīng)濟生產(chǎn)核心，百度已經(jīng)成為中國AI產(chǎn)業(yè)的一面旗幟。在更為超前的量子計算也同樣，2018年百度就組建起一個完備、專業(yè)、對量子產(chǎn)業(yè)化充滿熱情的團隊，踏進了量子世界的疆域。

從外部環(huán)境來說，百度所處的科技行業(yè)正在不斷逼近技術(shù)“天花板”，經(jīng)典計算、云計算、AI等已經(jīng)達到了理論創(chuàng)新的天花板，開始進入產(chǎn)業(yè)規(guī)?；涞仉A段。對于科技企業(yè)來說，技術(shù)沒有突破就不可能前進，普遍承壓。Facebook改名Meta發(fā)力元宇宙、谷歌微軟英特爾都在發(fā)力量子計算，希望孕育下一個產(chǎn)業(yè)時代。在這方面，百度探索出行之有效的發(fā)揮量子實用價值的產(chǎn)業(yè)化路徑，是一個水到渠成的過程，也驅(qū)動我國量子產(chǎn)業(yè)走向現(xiàn)實應(yīng)用、躋身國際第一梯隊。隨著量子計算為更多企業(yè)所采用，合理推斷，百度在量子計算產(chǎn)業(yè)化上的工作，可能會幫助中國數(shù)字經(jīng)濟領(lǐng)跑世界，也為自身打開新的增長空間。

中科院院士郭光燦曾把量子計算比作一個山洞，鼓勵中國的科研人員有勇氣沖進去，哪怕洞里的一切都是未知的。百度量子從應(yīng)用到底層技術(shù)的層層突圍，不斷穿越一個又一個未知的山嶺，也為中國量子計算產(chǎn)業(yè)化趟出了一條路。

我們現(xiàn)在還無法預(yù)料，量子計算具體會改變哪些事，但可以肯定的是，不容錯過的量子時代，中國產(chǎn)學(xué)界正在積極做好準(zhǔn)備。

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