阿里巴巴發(fā)布云量子開發(fā)平臺(tái),開放研究有利于加速量子時(shí)代來臨

今日，阿里巴巴發(fā)布阿里云量子開發(fā)平臺(tái)（Alibaba Cloud Quantum Development Platform，ACQDP）， 開源自研量子計(jì)算模擬器“太章2.0”及一系列量子應(yīng)用案例。這將有力地支持從業(yè)人員設(shè)計(jì)量子硬件，測(cè)試量子算法，并探索其在材料、分子發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化問題和機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。

過去幾年量子芯片的進(jìn)步使得量子計(jì)算通向?qū)嵱弥返牟淮_定性進(jìn)一步減小。而隨著系統(tǒng)規(guī)模的增大，對(duì)量子系統(tǒng)及量子算法的測(cè)試與驗(yàn)證變得越來越有挑戰(zhàn)性。基于經(jīng)典模擬的方法是一個(gè)基本工具，但有其內(nèi)在的瓶頸。比如，目前的存儲(chǔ)技術(shù)最高能存儲(chǔ)不到60量子比特的量子態(tài)。阿里云量子開發(fā)平臺(tái)提出原創(chuàng)性的分布式張量網(wǎng)絡(luò)收縮算法，開辟了量子電路模擬新方向，可實(shí)現(xiàn)比其他方法更大規(guī)模的模擬。

達(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)室在量子計(jì)算的經(jīng)典模擬方向長(zhǎng)期處于國際領(lǐng)先。此前，其自研的“太章1.0”提出了獨(dú)創(chuàng)的張量網(wǎng)絡(luò)收縮的動(dòng)態(tài)拆分辦法，大幅減少量子電路模擬的代價(jià)，為學(xué)界與業(yè)界廣泛采用。此次開源的內(nèi)核量子引擎“太章2.0”通過進(jìn)一步的算法創(chuàng)新，再次大幅度降低資源消耗。

今年5月實(shí)驗(yàn)室用“太章2.0”模擬了2019年 “谷歌量子霸權(quán)”宣稱用的量子電路，將其設(shè)計(jì)的經(jīng)典計(jì)算耗時(shí)超一萬年的任務(wù)，壓縮至20天內(nèi)完成，比其它最好的方案改進(jìn)了四個(gè)數(shù)量級(jí)。業(yè)界人士估計(jì)，若通過硬件資源的進(jìn)一步優(yōu)化，特別是提升GPU使用效率，該算法有望將模擬時(shí)間壓縮到2天以內(nèi)。這一系列工作引起學(xué)術(shù)界對(duì)量子計(jì)算與經(jīng)典計(jì)算邊界的重新思考。

ACQDP還包括達(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)室自研的支持上萬量子比特（4-層，3度）的量子近似優(yōu)化算法模擬，以及基于實(shí)驗(yàn)噪聲模型的糾錯(cuò)碼性能模擬等量子算法和應(yīng)用。這可以解決僅靠理論分析無法解決的實(shí)驗(yàn)和評(píng)估問題?；谶@一開放平臺(tái)，量子計(jì)算的研究人員可對(duì)不同的場(chǎng)景自定制算法，以進(jìn)一步提高模擬效率；而發(fā)展出來的方案和算法，有望推動(dòng)量子計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)，催生量子計(jì)算的實(shí)用優(yōu)勢(shì)。

達(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家正在調(diào)試量子計(jì)算設(shè)備

“量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)極具挑戰(zhàn)。學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界需要聚合力量，克服瓶頸，加速創(chuàng)新?！边_(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)室主任施堯耘解釋稱，“開放研究有利于加速量子時(shí)代來臨，也是我們盡快向客戶和社會(huì)提供量子計(jì)算服務(wù)的最好策略?！?/p>

據(jù)他介紹，達(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)室未來將會(huì)有更多的成果開源和對(duì)開放研究合作者的無償輸出。該團(tuán)隊(duì)聚焦研究的不同于主流的量子比特fluxonium ，在不久的將來也會(huì)有最新成果與各界分享。

“太章”是什么？源于何處？為什么以它命名？

阿里巴巴量子實(shí)驗(yàn)室于2018年5月8日成功出研制當(dāng)時(shí)世界最強(qiáng)的量子電路模擬器 “太章”，其在世界上率先成功模擬了81（9x9）比特40層的為基準(zhǔn)。

太章取自《淮南子·墬形訓(xùn)》：“禹乃使太章步自東極至于西極，二億三萬三千五百里七十五步。”

就像太章徒步測(cè)量東極至西極的距離那樣，“太章”模擬器目的是用一種經(jīng)典、我們能理解的方式來理解量子的運(yùn)行，所以以此命名。

阿里巴巴達(dá)摩院以及量子實(shí)驗(yàn)室背景

阿里巴巴達(dá)摩院由全球建設(shè)的自主研究中心、與高校和研究機(jī)構(gòu)建立的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、全球開放研究項(xiàng)目--阿里巴巴創(chuàng)新研究計(jì)劃（AIR 計(jì)劃）三大部分組成，囊括量子計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、基礎(chǔ)算法、網(wǎng)絡(luò)安全、視覺計(jì)算、自然語言處理、人機(jī)自然交互、芯片技術(shù)、傳感器技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)等，涵蓋機(jī)器智能、智聯(lián)網(wǎng)、金融科技等多個(gè)領(lǐng)域。

“中國科學(xué)院-阿里巴巴量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室”于2015年7月30日在上海成立， 目前的研究方向主要是在量子處理器和量子計(jì)算系統(tǒng)方面。計(jì)劃預(yù)計(jì)到2025年，量子模擬將達(dá)到當(dāng)今世界最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)的水平，初步應(yīng)用于一些目前無法解決的重大科技難題；到2030年，研制具有50-100個(gè)量子比特的通用量子計(jì)算原型機(jī)，突破大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)的芯片工藝，從物理層設(shè)計(jì)、制造，到算法運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)，全面實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算功能，并應(yīng)用于大數(shù)據(jù)處理等重大實(shí)際問題。

施堯耘，達(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人，北大計(jì)算機(jī)本科、普林斯頓計(jì)算機(jī)博士。在加州理工學(xué)院的量子信息中心做博士后研究后，他加入密歇根大學(xué)安娜堡分校，歷任電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)助理教授、副教授和正教授。研究涉獵量子信息科學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域，包括量子計(jì)算復(fù)雜度、量子計(jì)算經(jīng)典模擬和量子密碼學(xué)。他在阿里巴巴致力于建設(shè)一個(gè)跨學(xué)科的國際團(tuán)隊(duì)，以實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算顛覆性的潛力。

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