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機器之心原創

作者：杜偉

在這場開發者大會上，百度向世人展示了自己的量子計算發展之路。

二十世紀初德國物理學家、量子力學創始人馬克斯·普朗克通過普朗克公式描述了黑體輻射，拉開了第一次量子革命的序幕。之后，愛因斯坦、海森堡、薛定諤、玻爾等物理學家完善了量子力學的理論框架，并催生核能、核磁共振、晶體管、激光等應用。第一次量子革命賦予了人類掌控物理現實世界的規則，深刻改變了生產生活，帶來物質文明的極大進步。

2003 年，已故愛爾蘭裔美國理論物理學家 Jonathan Dowling 和澳大利亞理論物理學家Gerard Milburn 在他們的研究《Quantum Technology:The Second Quantum Revolution》中表示，我們目前正處于第二次量子革命中，通過部署量子力學來改變物理世界的量子面貌。

Jonathan Dowling（左）和Gerard Milburn（右）。

第二次量子革命專注量子計算、量子通信、量子密碼學和量子精密測量等領域，其中量子計算旨在利用量子力學來解決對經典計算機來說過于復雜的問題。量子計算的基本單元是量子比特，基于量子疊加和糾纏等物理特性，將信息存儲在物質的量子態中，并通過量子態的受控演化來實現計算處理。

谷歌、IBM、微軟、英特爾等科技巨頭都在積極研發和布局量子計算平臺，比如谷歌宣布通過量子計算機 Sycamore 實現量子優越性、IBM 更是推出了 127 個量子比特的世界最大超導量子計算機。這些公司通過不斷刷新量子比特數和推出高性能量子硬件來實現量子優越性，但在將量子算力轉化為用戶觸手可及的量子服務方面尚沒有形成系統化，普通用戶對量子計算的感知不強。

因此，研制一臺既打通量子軟硬件和應用全流程又賦能千行百業的量子計算機，其難度不亞于登月。自 2018 年開始布局量子計算的百度，此次在這一領域邁出了重要一步。

8 月 25 日，百度在「量見未來」量子開發者大會上宣布推出了超導量子計算機“乾始”以及全球首個全平臺量子軟硬一體化解決方案“量羲”，率先將量子硬件、量子軟件、量子應用集成于一體，提供移動端、PC 端、云端等在內的全平臺使用方式。只需下載一個 APP，用戶就可以體驗量子計算，量子科技將不再“可望不可及”。

可以這么說，面對量子計算從實驗室到落地應用的「最后一公里」問題，百度用“乾始”和“量羲”給出了自己的解決方案。這也標志著中國量子計算產業化進入全球第一梯隊。

百度量子計算產業化成果“乾始”、“量羲”發布

特別地，百度還研發了一款量子移動端 APP——量易伏，既可以通過量子疊加、量子糾纏和量子搜索算法等教程在寓教于樂中學習量子，還能夠通過電路實驗使得量子真機觸手可及。量易伏還提供了自研超導量子計算機“乾始”、中科院物理所等第三方量子計算機以及經典計算機的占用率等硬件服務狀態。

量易伏。

會上，百度量子計算研究所所長段潤堯表示，「量子科技的進步令人震撼，現在任何一位普通的開發者都可以通過云端訪問量子計算機，然后幾秒鐘之間在手機或電腦上完成以往頂級物理實驗團隊花費數月甚至數年都無法完成的實驗。」

乾始，讓量子計算邁入開箱即用時代

當前，量子計算機通常是一個由量子芯片、稀釋制冷機和脈沖發生器組成的量子硬件及平臺系統。百度超導量子計算機“乾始”以「軟硬一體」為設計準則，囊括了由自研工業級量子測控平臺量脈和量子芯片設計等組成的硬件平臺，還擁有專門針對量子硬件進行優化的自研量子操作系統量易伏和量槳等應用開發工具。

如下為超導量子計算機“乾始”的全景圖。

先說量子應用，旨在使用量子計算機的計算能力來部署相關服務，解決實際應用問題。百度量子針對人工智能、材料模擬、生物計算等多個行業，在量子應用方面提供了基于百度飛槳深度學習平臺搭建的量子機器學習工具集量槳、量子應用工具集 QAPP、量子網絡工具集 QNET。這三個工具包通過量易伏平臺訪問真實量子計算機，并借助量子算力賦能人工智能、化工醫藥、量子網絡等應用。

再看量子軟件平臺，它幫助從量子硬件中調取量子算力用于支撐量子應用的研發。百度量子軟件平臺的核心優勢在于打通了量子應用開發、量子算法協議設計、量子資源調度管理、量子噪聲處理和量子硬件驅動等全流程。

其中，量易伏在百度智能云的加持下成為全球首個云原生量子平臺，實現了超導量子計算機、離子阱量子計算機等多后端算力接入，并提供自有硬件和第三方硬件接入的能力。同時，移動端和電腦端等多前端使用模式更使得量子算力觸手可及。目前，移動端量易伏 APP 在各大應用商城均已上線。

最后是量子硬件平臺，它是百度量子計算機的核心組成部分，是量子應用和量子軟件落地和實踐的重要支撐。該平臺高度集成了自研的工業級測控平臺量脈以及稀釋制冷機、微波電子學設備、高性能服務器和量子芯片等核心設備。

更具體地講，作為基于云計算的量子測控平臺，量脈提供的脈沖編譯功能將量子應用高效編譯成量子硬件設備可識別的脈沖信號，實現量子應用和量子硬件的無縫銜接，打通了量子軟硬件層。此外，量子芯片是超導量子計算機的重要組成，百度具備了從芯片設計到仿真驗證再到版圖自動化繪制的一整套技術，目前已上線 10 比特量子芯片，并完成了一款 36 比特含耦合器超導量子芯片的設計和仿真驗證。

百度超導量子計算機“乾始”

我們可以看到，百度實現量子軟硬一體非常不容易，需要從底層硬件、中間操作系統到上層應用軟件全流程打通，搭建一條從微觀量子世界通往我們可感知的宏觀世界的橋梁。“乾始”做到了，它不再只是一個「裸機」，成為一個集量子硬件、量子軟件和量子應用于一體的產業級超導量子計算機，真正實現了從量子芯片到量子應用的轉化，讓量子計算從實驗室走向產業化，為用戶提供便捷的量子服務。

通過類似「開箱即用」的使用體驗，“乾始”真正貫徹了「人人皆可量子」的理念，將量子技術通過云服務帶到每個人身邊。用戶可以在手機、平板電腦、臺式機等任何設備上訪問超導量子計算機乾始，利用量子算力探索自身創意邊界，真正釋放自身創造力。

量羲，跨越量子硬件與量子服務之間的鴻溝

面對現階段量子計算領域「硬件與服務割裂」這一痛點，百度量子致力于將量子硬件轉化為量子服務，并在四年多時間里所沉淀核心技術與開發經驗的基礎上形成全球首個全平臺量子軟硬一體化解決方案“量羲”，真正打通了量子軟件平臺、量子硬件平臺和量子計算應用或服務的全流程。百度表示，這一成果在國際上都是領先的。

對于全平臺，這意味著手機端、電腦端和云開發等多種使用方式，算力后端則可以方便地調用超導量子計算機、離子阱量子計算機以及量子模擬器進行量子計算任務。通過“量羲”方案，不同種類的量子芯片可以在百度量子平臺上方便地對外輸出量子算力，成為國內首個能提供多種量子硬件算力服務的平臺。

更進一步講，通過開放接入不同量子硬件平臺的量子算力，百度量子平臺以全平臺的形式向所有人釋放量子的能力。對于用戶來說，無需搭建相應的量子機器、量子控制系統和量子編程語言，即可通過百度量子平臺實現所需的量子應用、量子算法的全流程開發以及量子算力的隨時隨地調用。

基于所有技術創新，“量羲”最大程度簡化了量子硬件部署到量子服務的全流程，通過部署到任意類型的量子芯片真正實現「即插即用」，將已接入量子芯片快速轉化為用戶想要的量子服務即戰力。

對于量子硬件廠商而言，有了“量羲”，他們便可以專注于量子硬件設計和提升硬件性能，而不用擔心自身硬件如何為用戶提供量子計算服務。不僅如此，“量羲”在實現數字經濟量子化方面也有完善的解決方案，為各行各業提供定制化的量子云服務或者私有化部署，落地方式靈活可控。

或許有人會問，“乾始”與“量羲”之間又是什么關系呢？通俗地說，超導量子計算機“乾始”直接提供百度量子算力，讓百度量子服務觸手可及；“量羲”是更加通用的量子計算解決方案，助力業內企業建立軟硬一體化的量子能力。“乾始”為實體量子計算機，是量子算力的源泉；“量羲”為廣泛解決方案，是量子算力的「搬運工」。

深耕量子計算產業化，百度的底氣在哪里

之所以能夠建立全球首個全平臺量子軟硬件一體化解決方案“量羲”并在量子計算產業化方面取得領先，百度量子離不開天時、地利和人和三方面的因素，這些又分別對應其較早的布局、長期的投入以及在人才梯隊上的建設。

首先來說天時。百度從 2018 年 3 月開始布局量子計算，成立了百度量子計算研究所。建立之初，百度致力于 QAAA（量子人工智能、量子算法、量子架構）研究計劃，研發百度量子平臺并構建相關生態。

不過，隨著國家越來越重視量子科技的發展以及相應的戰略規劃和政策支持，特別是國家十四五規劃與 2035 年遠景目標綱要中提出要加快布局量子計算、量子通信、神經芯片等前沿技術。因此，百度在 2021 年 10 月宣布全新 QIAN 戰略升級，旨在打造量子軟硬件一體化解決方案。

具體地講，QIAN 分別代表了百度在量子基礎研究突破（Quantum）、量子軟硬件基礎設施建設（Infrastructure）、量子計算關鍵應用研發與落地（Application）以及量子產業化網絡生態構建（Network）等四個方面的全新戰略布局。

其次是地利，這可以從兩個方面來講，分別為百度的技術積累和產業化思維，它們構成了量子軟硬一體化方案成功實施的基石。

從技術角度來講，百度最初的量脈、量易伏和量槳為成功研制超導量子計算機“乾始”提供了業界領先的量子軟件平臺。加之以百度飛槳深度賦能量子計算，加速了量子應用研發的步伐。百度智能云使得量易伏成為全球首個云原生量子平臺，穩定輸出量子算力。同時，百度瞄準了量子計算產業化的目標，致力于將量子硬件、量子軟件和量子應用進行高度融合和集成，創新性地提出了全平臺量子軟硬一體化解決方案。

最后講人和，人才建設對任何領域的發展都至關重要。對此，百度始終秉持完善的人才梯度建設和開放可持續的量子生態建設理念，積極推進與業界科研所的合作。從建立至今四年多的時間里，百度量子計算研究所已經組建了一支完備、專業并對量子產業化充滿熱情的高學歷團隊。

應該看到，成功打造量子軟硬一體化方案“量羲”并賦能產業化發展，這并不是一蹴而就的事情。百度順應時代發展潮流，通過持續的自主技術創新和人才培養，已經邁出了關鍵的一步。

從未來發展來看，隨著量子計算繼續引領新一輪科技發展的浪潮，這種全新的計算范式將在基礎科學探索、數字經濟、信息安全和AI等領域發揮重要作用。在這一過程中，開發面向產業化的量子計算機是實現所有這些的必由之路。

正如百度首席技術官王海峰博士在量子開發者大會上所言，「量子計算產業化是發揮量子價值的重要方式。科技創新只有真正應用于產業，在實踐中驗證其價值，才有長久的生命力。」

對于百度而言，“乾始”和“量羲”的發布僅僅只是開始，利用量子計算真正賦能千行百業以及普惠用戶還有更長的路要走。

參考鏈接：

https://tisi.org/17273

https://quantum.baidu.com/