机器之心原创
作者：杜伟
在这场开发者大会上，百度向世人展示了自己的量子计算发展之路。
二十世纪初德国物理学家、量子力学创始人马克斯·普朗克通过普朗克公式描述了黑体辐射，拉开了第一次量子革命的序幕。之后，爱因斯坦、海森堡、薛定谔、玻尔等物理学家完善了量子力学的理论框架，并催生核能、核磁共振、晶体管、激光等应用。第一次量子革命赋予了人类掌控物理现实世界的规则，深刻改变了生产生活，带来物质文明的极大进步。
2003 年，已故爱尔兰裔美国理论物理学家 Jonathan Dowling 和澳大利亚理论物理学家Gerard Milburn 在他们的研究《Quantum Technology:The Second Quantum Revolution》中表示，我们目前正处于第二次量子革命中，通过部署量子力学来改变物理世界的量子面貌。
Jonathan Dowling（左）和Gerard Milburn（右）。
第二次量子革命专注量子计算、量子通信、量子密码学和量子精密测量等领域，其中量子计算旨在利用量子力学来解决对经典计算机来说过于复杂的问题。量子计算的基本单元是量子比特，基于量子叠加和纠缠等物理特性，将信息存储在物质的量子态中，并通过量子态的受控演化来实现计算处理。
谷歌、IBM、微软、英特尔等科技巨头都在积极研发和布局量子计算平台，比如谷歌宣布通过量子计算机 Sycamore 实现量子优越性、IBM 更是推出了 127 个量子比特的世界最大超导量子计算机。这些公司通过不断刷新量子比特数和推出高性能量子硬件来实现量子优越性，但在将量子算力转化为用户触手可及的量子服务方面尚没有形成系统化，普通用户对量子计算的感知不强。
因此，研制一台既打通量子软硬件和应用全流程又赋能千行百业的量子计算机，其难度不亚于登月。自 2018 年开始布局量子计算的百度，此次在这一领域迈出了重要一步。
8 月 25 日，百度在「量见未来」量子开发者大会上宣布推出了超导量子计算机“乾始”以及全球首个全平台量子软硬一体化解决方案“量羲”，率先将量子硬件、量子软件、量子应用集成于一体，提供移动端、PC 端、云端等在内的全平台使用方式。只需下载一个 APP，用户就可以体验量子计算，量子科技将不再“可望不可及”。
可以这么说，面对量子计算从实验室到落地应用的「最后一公里」问题，百度用“乾始”和“量羲”给出了自己的解决方案。这也标志着中国量子计算产业化进入全球第一梯队。
百度量子计算产业化成果“乾始”、“量羲”发布
特别地，百度还研发了一款量子移动端 APP——量易伏，既可以通过量子叠加、量子纠缠和量子搜索算法等教程在寓教于乐中学习量子，还能够通过电路实验使得量子真机触手可及。量易伏还提供了自研超导量子计算机“乾始”、中科院物理所等第三方量子计算机以及经典计算机的占用率等硬件服务状态。
量易伏。
会上，百度量子计算研究所所长段润尧表示，「量子科技的进步令人震撼，现在任何一位普通的开发者都可以通过云端访问量子计算机，然后几秒钟之间在手机或电脑上完成以往顶级物理实验团队花费数月甚至数年都无法完成的实验。」
乾始，让量子计算迈入开箱即用时代
当前，量子计算机通常是一个由量子芯片、稀释制冷机和脉冲发生器组成的量子硬件及平台系统。百度超导量子计算机“乾始”以「软硬一体」为设计准则，囊括了由自研工业级量子测控平台量脉和量子芯片设计等组成的硬件平台，还拥有专门针对量子硬件进行优化的自研量子操作系统量易伏和量桨等应用开发工具。
如下为超导量子计算机“乾始”的全景图。
先说量子应用，旨在使用量子计算机的计算能力来部署相关服务，解决实际应用问题。百度量子针对人工智能、材料模拟、生物计算等多个行业，在量子应用方面提供了基于百度飞桨深度学习平台搭建的量子机器学习工具集量桨、量子应用工具集 QAPP、量子网络工具集 QNET。这三个工具包通过量易伏平台访问真实量子计算机，并借助量子算力赋能人工智能、化工医药、量子网络等应用。
再看量子软件平台，它帮助从量子硬件中调取量子算力用于支撑量子应用的研发。百度量子软件平台的核心优势在于打通了量子应用开发、量子算法协议设计、量子资源调度管理、量子噪声处理和量子硬件驱动等全流程。
其中，量易伏在百度智能云的加持下成为全球首个云原生量子平台，实现了超导量子计算机、离子阱量子计算机等多后端算力接入，并提供自有硬件和第三方硬件接入的能力。同时，移动端和电脑端等多前端使用模式更使得量子算力触手可及。目前，移动端量易伏 APP 在各大应用商城均已上线。
最后是量子硬件平台，它是百度量子计算机的核心组成部分，是量子应用和量子软件落地和实践的重要支撑。该平台高度集成了自研的工业级测控平台量脉以及稀释制冷机、微波电子学设备、高性能服务器和量子芯片等核心设备。
更具体地讲，作为基于云计算的量子测控平台，量脉提供的脉冲编译功能将量子应用高效编译成量子硬件设备可识别的脉冲信号，实现量子应用和量子硬件的无缝衔接，打通了量子软硬件层。此外，量子芯片是超导量子计算机的重要组成，百度具备了从芯片设计到仿真验证再到版图自动化绘制的一整套技术，目前已上线 10 比特量子芯片，并完成了一款 36 比特含耦合器超导量子芯片的设计和仿真验证。
百度超导量子计算机“乾始”
我们可以看到，百度实现量子软硬一体非常不容易，需要从底层硬件、中间操作系统到上层应用软件全流程打通，搭建一条从微观量子世界通往我们可感知的宏观世界的桥梁。“乾始”做到了，它不再只是一个「裸机」，成为一个集量子硬件、量子软件和量子应用于一体的产业级超导量子计算机，真正实现了从量子芯片到量子应用的转化，让量子计算从实验室走向产业化，为用户提供便捷的量子服务。
通过类似「开箱即用」的使用体验，“乾始”真正贯彻了「人人皆可量子」的理念，将量子技术通过云服务带到每个人身边。用户可以在手机、平板电脑、台式机等任何设备上访问超导量子计算机乾始，利用量子算力探索自身创意边界，真正释放自身创造力。
量羲，跨越量子硬件与量子服务之间的鸿沟
面对现阶段量子计算领域「硬件与服务割裂」这一痛点，百度量子致力于将量子硬件转化为量子服务，并在四年多时间里所沉淀核心技术与开发经验的基础上形成全球首个全平台量子软硬一体化解决方案“量羲”，真正打通了量子软件平台、量子硬件平台和量子计算应用或服务的全流程。百度表示，这一成果在国际上都是领先的。
对于全平台，这意味着手机端、电脑端和云开发等多种使用方式，算力后端则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。通过“量羲”方案，不同种类的量子芯片可以在百度量子平台上方便地对外输出量子算力，成为国内首个能提供多种量子硬件算力服务的平台。
更进一步讲，通过开放接入不同量子硬件平台的量子算力，百度量子平台以全平台的形式向所有人释放量子的能力。对于用户来说，无需搭建相应的量子机器、量子控制系统和量子编程语言，即可通过百度量子平台实现所需的量子应用、量子算法的全流程开发以及量子算力的随时随地调用。
基于所有技术创新，“量羲”最大程度简化了量子硬件部署到量子服务的全流程，通过部署到任意类型的量子芯片真正实现「即插即用」，将已接入量子芯片快速转化为用户想要的量子服务即战力。
对于量子硬件厂商而言，有了“量羲”，他们便可以专注于量子硬件设计和提升硬件性能，而不用担心自身硬件如何为用户提供量子计算服务。不仅如此，“量羲”在实现数字经济量子化方面也有完善的解决方案，为各行各业提供定制化的量子云服务或者私有化部署，落地方式灵活可控。
或许有人会问，“乾始”与“量羲”之间又是什么关系呢？通俗地说，超导量子计算机“乾始”直接提供百度量子算力，让百度量子服务触手可及；“量羲”是更加通用的量子计算解决方案，助力业内企业建立软硬一体化的量子能力。“乾始”为实体量子计算机，是量子算力的源泉；“量羲”为广泛解决方案，是量子算力的「搬运工」。
深耕量子计算产业化，百度的底气在哪里
之所以能够建立全球首个全平台量子软硬件一体化解决方案“量羲”并在量子计算产业化方面取得领先，百度量子离不开天时、地利和人和三方面的因素，这些又分别对应其较早的布局、长期的投入以及在人才梯队上的建设。
首先来说天时。百度从 2018 年 3 月开始布局量子计算，成立了百度量子计算研究所。建立之初，百度致力于 QAAA（量子人工智能、量子算法、量子架构）研究计划，研发百度量子平台并构建相关生态。
不过，随着国家越来越重视量子科技的发展以及相应的战略规划和政策支持，特别是国家十四五规划与 2035 年远景目标纲要中提出要加快布局量子计算、量子通信、神经芯片等前沿技术。因此，百度在 2021 年 10 月宣布全新 QIAN 战略升级，旨在打造量子软硬件一体化解决方案。
具体地讲，QIAN 分别代表了百度在量子基础研究突破（Quantum）、量子软硬件基础设施建设（Infrastructure）、量子计算关键应用研发与落地（Application）以及量子产业化网络生态构建（Network）等四个方面的全新战略布局。
其次是地利，这可以从两个方面来讲，分别为百度的技术积累和产业化思维，它们构成了量子软硬一体化方案成功实施的基石。
从技术角度来讲，百度最初的量脉、量易伏和量桨为成功研制超导量子计算机“乾始”提供了业界领先的量子软件平台。加之以百度飞桨深度赋能量子计算，加速了量子应用研发的步伐。百度智能云使得量易伏成为全球首个云原生量子平台，稳定输出量子算力。同时，百度瞄准了量子计算产业化的目标，致力于将量子硬件、量子软件和量子应用进行高度融合和集成，创新性地提出了全平台量子软硬一体化解决方案。
最后讲人和，人才建设对任何领域的发展都至关重要。对此，百度始终秉持完善的人才梯度建设和开放可持续的量子生态建设理念，积极推进与业界科研所的合作。从建立至今四年多的时间里，百度量子计算研究所已经组建了一支完备、专业并对量子产业化充满热情的高学历团队。
应该看到，成功打造量子软硬一体化方案“量羲”并赋能产业化发展，这并不是一蹴而就的事情。百度顺应时代发展潮流，通过持续的自主技术创新和人才培养，已经迈出了关键的一步。
从未来发展来看，随着量子计算继续引领新一轮科技发展的浪潮，这种全新的计算范式将在基础科学探索、数字经济、信息安全和AI等领域发挥重要作用。在这一过程中，开发面向产业化的量子计算机是实现所有这些的必由之路。
正如百度首席技术官王海峰博士在量子开发者大会上所言，「量子计算产业化是发挥量子价值的重要方式。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。」
对于百度而言，“乾始”和“量羲”的发布仅仅只是开始，利用量子计算真正赋能千行百业以及普惠用户还有更长的路要走。
参考链接：
https://tisi.org/17273
https://quantum.baidu.com/
