中國信通院呂博：從探索到融合 助力構(gòu)建量子云計算發(fā)展新態(tài)勢

10月12日消息（余予）近年來，量子科技逐漸成為當今全球科技革命競爭的焦點之一。國內(nèi)外科技相關機構(gòu)紛紛布局，欲在其中占一席之地。

其中，量子計算再近些年取得了突破性進展，量子計算優(yōu)越性已得到實驗性驗證，產(chǎn)業(yè)界與學術(shù)界紛紛加大研究投入，推動量子計算進入到實用化優(yōu)勢探索階段。孕育出現(xiàn)的量子計算云平臺將真實量子計算單元或模擬器與經(jīng)典計算基礎設施在云端進行有機結(jié)合，成為量子計算領域發(fā)展亮點之一。

中國信通院長期關注量子信息技術(shù)應用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，連續(xù)三年發(fā)布量子信息技術(shù)白皮書，收到業(yè)界好評。在近日 “2021年（第30屆）中國國際信息通信展覽會”的“量子計算論壇”上，中國信息通信研究院技術(shù)與標準研究所呂博博士發(fā)布《量子云計算發(fā)展態(tài)勢研究報告（2021）》藍皮書，從技術(shù)、應用、企業(yè)、測評四方面進行解讀。

“目前，在量子計算的專用機時代，進入到了使用化的探索。主要表現(xiàn)為兩方面的需求，一是量子計算可用，即實用化的這些需求，我們量子計算確實也能解決一些宏觀的需求；二是量子有用，不但是能解決，并且能夠展示它無與倫比的計算優(yōu)勢。” 呂博博士表示。

“去年的藍皮報告的主題是探索，今年我覺得的發(fā)展有一些新變化，就是融合。”呂博博士說道，一個是經(jīng)典的云計算能夠給我們量子計算有很多的啟發(fā)，有混合的多方協(xié)同，誕生更多的化學反應。其次，不同的公司實際上是競爭合作并存，同時進行優(yōu)勢互補，從而為行業(yè)及應用提供更好探索。

量子計算云平臺物理后端豐富 多種技術(shù)路線并存發(fā)展

云平臺正在成為量子計算應用探索和產(chǎn)業(yè)推廣的重要方式，國內(nèi)外多家科技企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)相繼推出自己的量子計算云平臺和服務。

云平臺的出現(xiàn)揭開了量子計算神秘的面紗，能夠?qū)崿F(xiàn)宏觀世界和微觀量子世界“親密接觸”，是一個非常有效的方式。

量子計算云平臺物理硬件多元發(fā)展。

量子處理器硬件是量子計算云平臺后端實現(xiàn)的“基石”，也是當前階段量子計算亟待突破的“核心命題”。其中主流技術(shù)路線包含超導、離子阱、硅基半導體、光量子、NV色心等，呈現(xiàn)多元化發(fā)展態(tài)勢。

在這一領域，我國科學家不斷努力，多個技術(shù)路線與歐美學術(shù)研究方面差距在縮小，局部研究成果達到了全球先進水平。

除此之外，隨著未來量子計算標準的推進與完善，量子計算綜合評價指標和測試基準將成為衡量量子計算云平臺算力提供的重要依據(jù)

量子計算模擬器是量子計算云平臺的特色后端。

量子計算模擬器依托于經(jīng)典計算的集群資源。用模擬去模仿量子計算的業(yè)務矩陣、計算邏輯，然后配合一些在矩陣層面的引擎、算法，實現(xiàn)量子計算狀態(tài)的仿真推演。

同時，量子計算模擬器是量子計算技術(shù)驗證的重要補充，大規(guī)模的模擬器開辟了新的超算問題。

量子計算模擬器在NISQ時代同樣會發(fā)揮積極作用，成為量子計算重要的輔助驗證工具，主要表現(xiàn)在它可以降低對運行層面條件的依賴，可以實現(xiàn)很多量子算法的驗證

國內(nèi)外企業(yè)就模擬器這一方面進行布局：Amazon云平臺提供完全托管的密度矩陣模擬器DM1；華為在我國天河二號超算機上部署超大規(guī)模HiQ模擬器；NVIDIA推出cuQuntum開發(fā)工具組，基于GPU對模擬器進行加速等等。

量子計算軟件多種并舉，研發(fā)迭代活躍。

呂博博士表示，量子計算云平臺集成了量子計算領域的基礎運行類軟件、計算開發(fā)類軟件、應用服務類軟件及通用系統(tǒng)類軟件四類。目前仍然處于培育初期，開放化和開源化成為量子計算軟件發(fā)展的主要趨勢。

今年有一個比較大的亮點——軟件家族新添了兩位成員：量子芯片輔助設計（量子EDA軟件）和量子計算通用操作系統(tǒng)。其出現(xiàn)開辟了量子軟件的新賽道。

“云平臺實際上有很大一部分依托于現(xiàn)在的經(jīng)典云計算，經(jīng)典云計算在量子云平臺上發(fā)展中也起到了非常重要的作用，可以為下一步的量子云平臺的演進提質(zhì)加速。”呂博博士表示。

現(xiàn)在經(jīng)典的云計算經(jīng)過多年發(fā)展，其一些技術(shù)思想可以啟發(fā)量子計算云平臺進一步發(fā)展。其中兩個最重要的思想，一是資源的虛擬化技術(shù)，二是分布式計算存儲。這兩種技術(shù)的思想，在量子計算及云平臺方面，仍然有非常重要的作用。

面向行業(yè)應用 實用性探索升溫

量子計算云平臺正在成為量子計算科學研究、應用探索和教育普及的綜合服務平臺。服務應用探索邊界日益擴大，科研領域、教育和化學、金融等行業(yè)均有望成為量子計算實用化優(yōu)勢的受益者。

這一影響主要體現(xiàn)在加速科研領域突破方面。例如，迄今為止，基于IBM量子計算云平臺所發(fā)表的論文以達數(shù)百篇，這其中有很多令人激動的成果。

深度挖掘行業(yè)潛能方面主要有兩部分，一部分是做原貌的量子計算，比如量子模擬、多體物理，這些是需要直接操縱量子物理比特，并進行哈密頓計算，其本身非常適合用量子計算來解決；另一部分是AI或一些復雜的工程方程，其計算邏輯基于量子計算，存在很多變量。

國內(nèi)外企業(yè)競爭合作并存 呈多元化發(fā)展

國際方面，跟去年有巨大不同，量子云計算企業(yè)及及機構(gòu)競爭激烈，呈多元化發(fā)展形式。同時，量子云計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展不斷提速，科技巨頭、初創(chuàng)企業(yè)、聯(lián)盟機構(gòu)硬件、軟件等方面均取得了突破。

“我國量子云計算產(chǎn)業(yè)雖然起步晚，但在各個角色上都沒有缺席。”呂博博士指出，“我們的科技企業(yè)、初創(chuàng)企業(yè)、研究機構(gòu)等多方角色，不斷為國內(nèi)量子計算云平臺的發(fā)展貢獻原生力量。”

持續(xù)探索量子計算測評體系

量子計算目前處于關鍵發(fā)展時期，技術(shù)研究和先導性技術(shù)、應用、服務性質(zhì)的測評驗證需求日益迫切。歐美等發(fā)達國家積極開展了量子計算技術(shù)驗證及平臺構(gòu)建項目。

其中，量子計算云平臺不僅作為展示量子計算技術(shù)及服務能力的途徑，也是量子計算測評驗證關注對象之一。

“云平臺不光是作為輸出方的角色，本身也是非常好的載體，可以作為進行技術(shù)驗證還有一些標準的提供數(shù)據(jù)依據(jù)。”呂博表示。

總結(jié)及展望

呂博博士指出，綜合以上呈現(xiàn)三大趨勢：

·基于云平臺商業(yè)模式的探索初具模型，例如IBM、Amazon等企業(yè)，已經(jīng)開始嘗試采用多種定價策略，為用戶提供更好的保障及更高能力的服務。

·行業(yè)巨頭也在大力推動，一方面推云平臺，一方面發(fā)展聯(lián)盟的生態(tài)。比如說今年IBM舉辦了討論賽，已經(jīng)有超過1400多個參賽選手提交了7000多次的任務。大家已經(jīng)成為了一個每年的信仰似的任務，已經(jīng)完全盤活了這個生態(tài)，這也是個趨勢。

·受經(jīng)典云計算的啟發(fā)，量子云計算的下一步將孵化出成多位量子計算量身定制的新技術(shù)。同時，量子計算云平臺是技術(shù)實驗、接口開放、數(shù)據(jù)提供和技術(shù)研討的綜合體，在量子計算標準制定過程中將會發(fā)揮重要作用。

最后，呂博博士強調(diào)，量子計算整個領域仍舊面臨很大的挑戰(zhàn)。但是從探索應用服務的可用性及優(yōu)勢來看，云平臺也是一個很好的輸出途徑。在整個全球量子計算的大背景下，我們總體的發(fā)展態(tài)勢良好，前景可期。但是也需要有一些思考：量子計算的下一步、云平臺發(fā)展到下一步、從玩具演示級發(fā)展到商業(yè)探索級，實際上有很多的技術(shù)問題仍然需要業(yè)界思考的。

其次，現(xiàn)在的量子計算還呈現(xiàn)短期的市場效應。大家關注的是它的長期價值。從整個戰(zhàn)略規(guī)劃、合作機制、應用探索、人才儲備培養(yǎng)、標準展開及生態(tài)構(gòu)建六方面來講處于邊探索邊利用的狀態(tài)。這六方面中，標準也占據(jù)重要位置，因為只有標準化才能形成規(guī)模化，才能形成產(chǎn)業(yè)化，才能形成商業(yè)化，才能構(gòu)建一個生態(tài)。

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