百度超导量子计算机“乾始”。

　　本报记者 赵广立

　　把“量子计算机”与“产业化”联系在一起？是的。成立4年多的百度量子计算研究所，决定在时下热门的量子计算赛道上，做点不一样的。

　　8月25日，在“量见未来”量子开发者大会上，百度正式对外发布其第一台“产业级”超导量子计算机——“乾始”，以及首个全平台量子软硬一体化解决方案——“量羲”。不同于其他量子计算团队，百度不过度追求量子芯片的量子比特数或操控精度，而是基于“乾始”，推出一个集量子计算应用、软件、硬件于一体的产业化解决方案。

　　“科技创新只有真正应用于产业，在实践中验证其价值，才有长久的生命力。”百度CTO王海峰在大会致辞中谈及“量子计算技术将走出实验室”时说道，“我们相信，量子计算产业化是发挥量子价值的重要方式。”

　　“如果只有少数几个人知道、使用这个设备，量子计算距离产业化就很远；我们选择的路线，是把量子计算硬件从实验室带到生产生活之中。”百度量子计算研究所所长段润尧告诉《中国科学报》，为此他们打通了应用到量子软件、硬件的整个流程，“让更多人可以切切实实用到这个设备”。

　　量子算力 触手可及

　　百度将这个软硬一体的量子计算产业化解决方案命名为“量羲”。“量羲”和百度推出的首个云原生量子计算平台（相当于量子操作系统）“量易伏”的名字合起来，就是神话中人类的始祖“伏羲”。

　　段润尧称，百度量子计算研究所苦心孤诣，打通了从应用到量子软硬件的整个流程。

　　他介绍，在应用侧，百度提供了科研、人工智能、材料模拟、生物计算、金融科技等一些关键应用相应程序包/库，并将其汇集在量子机器学习平台“量桨”上——该平台是百度量子计算和产业级深度学习开源开放平台飞桨相结合的产物；与“量桨”相连接的，就是“量易伏”这个量子程序编程平台（同时也是一个云原生量子计算平台）。开发者或程序员可以在该平台上用Python、C++等高级语言编写程序，描述量子计算问题，被描述的量子计算问题通过“量易伏”软件平台，会被编译成一系列的量子逻辑门，这些量子逻辑门经由量子脉冲控制的平台“量脉”，被编译成一连串的脉冲信号，这些脉冲信号可以被量子芯片处理，进而最终实现前述的量子计算应用。

　　“‘乾始’真正把应用软件和硬件结合在一起，它不再是一台裸机，而是真正可以进行各种各样试验和测试、应用的产业级超导量子计算机。”段润尧告诉《中国科学报》，“它在量子计算时代率先提供‘开箱即用’的用户体验，达到了‘量子算力、触手可及’。”

　　“将量子硬件转化为量子服务”是一项充满挑战的工作。王海峰介绍，这意味着打通从底层量子硬件到操作系统、再到上层应用软件的全流程，其中涉及大量的科学和工程创新，需要软硬件各方面的人才与技术协同配合。

　　百度实现了这样一套量子软硬一体的解决方案。王海峰表示：“这确保了我们在核心技术上的领先性与自主可控。”

　　这更像是搭建一条微观量子世界通往可感知的宏观世界的桥梁。“其中涉及成千上万的技术细节，环环相扣，任何环节的失败都会让整个桥梁功亏一篑。”段润尧说，在研发过程中，研发人员需要设计特殊的芯片结构，让其具备产生可控量子效应的能力；需要通过制冷机在非常接近绝对零度的环境下，实现量子比特；需要通过反复计算和尝试，找到操控这个量子比特的最佳参数；需要将人类可以理解的程序语言编译成机器可以理解的微波脉冲；需要通过基本的量子操作设计量子算法；需要将这些算法恰到好处地应用在其能发挥作用的问题上，以此实现量子算力到生产力的转化。

　　段润尧认为，目前阶段，量子计算产业化最难的是“如何非常稳定地提供可靠的量子算力”。

　　“我们这套系统最直接的用户是高校教师、科研人员。如果不能稳定提供量子算力——哪怕只有一两个比特——老师们就不能用它给学生们讲解、教学。”他说，目前“乾始”能够提供比较稳定可靠的量子算力，“这也是一个很大的亮点”。

　　《中国科学报》了解到，集装在“乾始”上的量子芯片为10量子比特高保真度超导量子芯片。

　　量子计算的生命之芽需要每个人的呵护

　　百度今天推动量子计算产业化的剧本，或许早在2018年就写好了。

　　王海峰介绍称，在2018年3月百度量子计算研究所成立之初，百度就致力于量子应用、量子算法、量子架构等的研究以及与人工智能的融合创新。

　　彼时，段润尧也从悉尼科技大学量子软件和信息中心创办主任的角色，转变为百度量子计算研究所所长。这一转变，正源自他心底对量子信息科学应用于生产生活的迫切愿望。

　　时间推回到2007年，段润尧与量子信息领域的奠基者之一查尔斯·本内特博士有一次邂逅。在与后者的对谈后，他感到，微观量子世界中的神秘现象，可以通过计算和通信等方式在宏观世界中展示出来。而这，将是人类文明的一大进展。

　　在2020年的一期访谈节目中，段润尧谈及这段过往，感慨地说道：“生命短暂，这导致人们往往不愿意作长远思考。量子力学已经被发现了100多年，但是我们对这一学科的认识几乎还停留在实验室或仅限于一些神秘的现象，广大人民群众对它几乎没有认识。相对于牛顿力学已经深入人心，量子力学根本没有充分发挥它的实际影响力和价值。”

　　因此，在拥有了“乾始”之后，百度最先做的事情是推出“量易伏”“量羲”等量子产业化解决方案。他说，百度今天做的事情，还存在很多挑战和不确定性，但是不会因为畏难而退缩。“量子计算的生命之芽已经孕育，它肯定能破茧而出，但是在这之前，需要我们每一个人的呵护。”

　　百度探索的前沿技术与产业场景联系密切，当百度量子拥有产业化的初步能力之后，也率先想到了企业应用。

　　只是一个起点

　　据介绍，百度量子团队专门开发了“量易伏”APP，在手机端打开这个APP，开发者可以应用“量子作曲家”这个模块，轻松编写量子程序并运行，亲身感受量子计算的魅力。

　　同时，在“量易伏”APP，还可以看到“乾始”超导量子计算机的服务状态，以及第三方量子计算能力的接入——目前，“量羲”已经完成中科院物理研究所超导量子芯片和中科院精密测量科学与技术创新研究院离子阱量子芯片匹配实践。

　　目前，“量易伏”提供手机端、电脑端、云开发等多种使用方式，算力后端可以方便地调用超导量子计算机、离子阱量子计算机以及量子模拟器进行量子计算任务。

　　“乾始”超导量子计算机拥有专门的量子机房，坐落于北京亦庄。“我们是真的希望能够把量子计算应用的整个过程的技术标准化。”段润尧说，之所以选择这样一条路线做量子计算，是因为他觉得“这条路线是量子计算产业化的必由之路”。

　　“我个人认为，量子计算机如果光是实验室的一个芯片、一套控制系统以及一群专业人员，那它离产业化太远，必须要把整个流程打通，才有机会真正实现产业化。”段润尧说。

　　不过，他也提到，百度此次发布量子计算产业化解决方案，绝对不是百度量子计算研究的终点。“这还只是一个起点，从这个起点开始，我们将进一步深化量子计算产业化的相关探索。”

　　《中国科学报》 (2022-08-29 第3版 综合)