國外云計(jì)算企業(yè)首次使用QPU超導(dǎo)芯片進(jìn)行無監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練及推理

近兩年“量子計(jì)算”逐漸走入公眾視野，因其天生具有海量數(shù)據(jù)存儲與無與倫比的計(jì)算加速能力，有望成為下一代計(jì)算革命的締造者。目前國內(nèi)外多家云計(jì)算商業(yè)巨頭、初創(chuàng)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)以量子云平臺服務(wù)的方式，揭開了量子計(jì)算的“神秘面紗”，在量子計(jì)算技術(shù)真正成熟之前，可提前釋放量子計(jì)算的潛力，吸引越來越多的量子計(jì)算研究者、量子軟件開發(fā)者和公眾用戶在云平臺上開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)、軟件開發(fā)與應(yīng)用探索，進(jìn)而促進(jìn)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)提前布局與生態(tài)的良性培養(yǎng)。未來隨著量子計(jì)算、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)與人工智能的深度融合，量子云計(jì)算將會成為一種新型的計(jì)算模式，有望帶動整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)、計(jì)算產(chǎn)業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)的全面升級。

量子計(jì)算正因其突破傳統(tǒng)計(jì)算瓶頸的指數(shù)級計(jì)算能力，被視為第四次工業(yè)革命的引擎。從IBM宣布推出業(yè)界首個(gè)試商用量子計(jì)算樣機(jī)，到谷歌聲稱成功實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”，技術(shù)的全面爆發(fā)為量子計(jì)算的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展帶來了更多可能性，對于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能和互聯(lián)網(wǎng)更是一種激勵(lì)，多學(xué)科交叉產(chǎn)生良好“化學(xué)反應(yīng)”后，量子計(jì)算云平臺應(yīng)運(yùn)而生，成為量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)布局與生態(tài)推廣的主要載體與踐行者，一方面展示了云計(jì)算公司強(qiáng)大的超算能力，另一方面以生態(tài)共享的方式加快了量子計(jì)算領(lǐng)域的預(yù)研與產(chǎn)業(yè)化，作為交叉產(chǎn)業(yè)的焦點(diǎn)，也是量子計(jì)算潛在應(yīng)用的孵化器。

仰望星空：量子計(jì)算云平臺

已經(jīng)起勢，發(fā)展穩(wěn)中有進(jìn)

目前量子計(jì)算雖然在一些實(shí)驗(yàn)環(huán)境下取得了可喜進(jìn)展，但離真正的應(yīng)用仍然有很長的路要走。從理論和特定計(jì)算問題上量子計(jì)算的優(yōu)越性得到驗(yàn)證后，人們開始探尋一種模式，可以聚集人類智慧，對量子計(jì)算關(guān)鍵問題進(jìn)行攻堅(jiān)，并共享研究成果，促進(jìn)量子計(jì)算實(shí)用化早日到來。在這樣的背景下，越來越多的量子計(jì)算公司、研究機(jī)構(gòu)等發(fā)布了量子計(jì)算云平臺，采用經(jīng)典計(jì)算模擬量子計(jì)算運(yùn)行的方式，對量子計(jì)算領(lǐng)域的諸多關(guān)鍵問題進(jìn)行推演，意在突破量子計(jì)算的資源稀缺性和脆弱性瓶頸，最終為學(xué)術(shù)界研究和工業(yè)界研發(fā)掃清障礙。依托互聯(lián)網(wǎng)資源，量子計(jì)算云平臺為各類用戶提供云端接入，對量子計(jì)算資源和成果進(jìn)行開放共享，并提供各種基于量子計(jì)算的衍生服務(wù)，呈現(xiàn)良好的發(fā)展態(tài)勢。

國外云計(jì)算企業(yè)和初創(chuàng)公司對量子云計(jì)算進(jìn)行了提前布局，目前處于競爭加劇狀態(tài)。如IBM推出20量子比特的量子云服務(wù)器，提供了完善的QiKit量子程序開發(fā)套件，并建立了完善的開源社區(qū)服務(wù)。谷歌發(fā)布了72量子比特計(jì)算機(jī)Bristlecone，開發(fā)了Cirq量子開源框架，提供了量子化學(xué)材料計(jì)算的OpenFermion-Cirq用例。初創(chuàng)公司Rigetti 開放了量子云服務(wù)平臺，研制了19量子比特處理器QPU，并首次使用QPU超導(dǎo)芯片進(jìn)行無監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練及推理，展示出量子計(jì)算﹢人工智能的巨大潛力。

國內(nèi)雖起步較晚，但發(fā)展勢頭良好，與國際先進(jìn)量子云計(jì)算服務(wù)公司的差距在逐步縮小。中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院與阿里云在超導(dǎo)量子計(jì)算方向發(fā)布了11量子比特的云接入超導(dǎo)量子計(jì)算服務(wù)。華為發(fā)布了HiQ量子計(jì)算云服務(wù)平臺和兼容ProjectQ量子編程框架。初創(chuàng)公司本源量子研發(fā)的本源量子計(jì)算云平臺，兼具科普、教學(xué)、編程等多重功能，為高校研究者與應(yīng)用開發(fā)者創(chuàng)造了良好的研究與科普社區(qū)。

目前量子計(jì)算云平臺從物理底層、計(jì)算引擎、應(yīng)用軟件開發(fā)到上層應(yīng)用已經(jīng)具備生態(tài)雛形。在量子計(jì)算云平臺上培養(yǎng)研究者和用戶的操作習(xí)慣，引導(dǎo)諸多行業(yè)對“量子計(jì)算”的應(yīng)用傾向，為將來計(jì)算領(lǐng)域的內(nèi)核升級奠定生態(tài)基礎(chǔ)，可以預(yù)見未來量子計(jì)算云平臺勢必會成為“量子計(jì)算”爭奪的主戰(zhàn)場。

腳踏實(shí)地：產(chǎn)業(yè)應(yīng)用征程

尚遠(yuǎn)，諸多方面仍需加強(qiáng)

量子計(jì)算云平臺是“量子信息”時(shí)代的排頭兵，但征程尚遠(yuǎn)，迷霧未消，量子計(jì)算的技術(shù)路線、產(chǎn)業(yè)路線與應(yīng)用路線仍存在諸多不確定性，這需要學(xué)術(shù)界和工業(yè)界共同努力推動，提高量子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“信噪比”。

結(jié)合量子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢與訴求，對于未來量子云計(jì)算平臺的建設(shè)、發(fā)展與依托平臺所開展的關(guān)鍵舉措，本文提出如下兩點(diǎn)建議：

一是通過量子計(jì)算云平臺實(shí)現(xiàn)對重大科學(xué)問題的聚焦。近期谷歌“量子優(yōu)越性”實(shí)驗(yàn)的成功，在技術(shù)與原理上驗(yàn)證了量子計(jì)算的威力，接下來應(yīng)更加關(guān)注如何將量子計(jì)算的優(yōu)勢與有價(jià)值的科學(xué)領(lǐng)域相結(jié)合，幫助人類加速解決一部分經(jīng)典計(jì)算很難解決甚至無能為力的問題。依托量子計(jì)算云平臺，可找到有價(jià)值的科學(xué)問題，并對癥下藥地設(shè)計(jì)好相應(yīng)的算法，完成計(jì)算任務(wù)，再進(jìn)一步探討商業(yè)價(jià)值。因此在量子計(jì)算云平臺上，建議首先實(shí)現(xiàn)量子智能的模擬開發(fā)和科學(xué)問題的求解，掃清理論障礙，待時(shí)機(jī)成熟之時(shí)，平滑演進(jìn)到“專用”甚至“通用”的量子計(jì)算領(lǐng)域，完成從學(xué)術(shù)問題到工程問題的轉(zhuǎn)化。

二是依托量子計(jì)算云平臺，培養(yǎng)對接未來量子產(chǎn)業(yè)的量子工程師和科技人員。對于年輕而茁壯發(fā)展的量子計(jì)算而言，當(dāng)前跨學(xué)科人才的缺乏同樣亟待解決，如設(shè)計(jì)量子算法要求科學(xué)家對問題有較為深刻的理解與知識儲備，而最終制造可復(fù)制、能夠穩(wěn)定完成容錯(cuò)計(jì)算的設(shè)備，則需要芯片制造、半導(dǎo)體工程師們以及新一批量子信息工程師的貢獻(xiàn)。當(dāng)前美國已經(jīng)將量子信息人才培養(yǎng)上升到國家戰(zhàn)略層面，如2019年9月24日在白宮舉行的量子信息與計(jì)算科學(xué)峰會上發(fā)布的《國家量子信息科學(xué)戰(zhàn)略概覽》，明確提出要鼓勵(lì)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界共同合作培養(yǎng)出未來國家所需的量子專業(yè)人才，并通過各種途徑普及推廣量子信息科學(xué)，甚至還給教育部下達(dá)了明確的任務(wù)——“要在中小學(xué)階段開始提供相關(guān)的量子信息科學(xué)教育”。我國要在代表未來的量子信息領(lǐng)域占有一席之地，同樣應(yīng)重視量子信息教育與人才培養(yǎng)?？紤]到量子計(jì)算云平臺具有大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的綜合屬性，不但可以為產(chǎn)業(yè)界賦能，也可成為學(xué)術(shù)界和教育界的助推器，因此一方面建議加大量子計(jì)算云平臺“教育”與“科普”方面的軟硬件投入，另一方面呼吁信息、通信、互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算領(lǐng)域的專家，在量子計(jì)算云平臺上開展跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的積極交流與合作，對于“量子計(jì)算/量子信息﹢ X”這一類交叉學(xué)科不斷進(jìn)行教育宣貫與實(shí)踐演練，“以云育人”，為國家培養(yǎng)量子計(jì)算與信息領(lǐng)域的復(fù)合型人才。
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