華為在量子計(jì)算領(lǐng)域取得最新進(jìn)展

全聯(lián)接大會(huì)最后一天（12日），華為公布了在量子計(jì)算領(lǐng)域的最新進(jìn)展：量子計(jì)算模擬器HiQ云服務(wù)平臺(tái)問世，平臺(tái)包括HiQ量子計(jì)算模擬器與基于模擬器開發(fā)的HiQ量子編程框架兩個(gè)部分，這是這家公司在量子計(jì)算基礎(chǔ)研究層面邁出的第一步。

量子計(jì)算模擬器HiQ云服務(wù)平臺(tái)是華為數(shù)據(jù)中心技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的作品，華為量子計(jì)算軟件與算法首席科學(xué)家翁文康詳細(xì)介紹了這個(gè)平臺(tái)的參數(shù)。

華為量子計(jì)算軟件與算法首席科學(xué)家翁文康

翁文康是量子計(jì)算領(lǐng)域知名專家，曾任南方科技大學(xué)量子計(jì)算研究所副所長，于上月正式加入2012實(shí)驗(yàn)室。加入華為后，翁文康帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)專注量子計(jì)算基礎(chǔ)研究，重點(diǎn)在量子算法、量子人工智能、量子模擬等領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新和突破。

HiQ量子計(jì)算模擬器服務(wù)：模擬42量子比特電路 。華為已經(jīng)注意到量子計(jì)算的巨大潛力，并且量子計(jì)算的研究進(jìn)入了工程化階段。

翁文康在華為全聯(lián)接大會(huì)上發(fā)布的量子計(jì)算模擬器HiQ云服務(wù)平臺(tái)，可用于量子電路的仿真和調(diào)測(cè)、量子算法的研究和創(chuàng)新、應(yīng)用軟件的開發(fā)和驗(yàn)證等。該平臺(tái)將來還會(huì)綜合最新的量子技術(shù)，集成和利用相關(guān)ICT技術(shù)。

平臺(tái)的主要組成部分HiQ量子計(jì)算模擬器和HiQ編程框架主要結(jié)構(gòu)如下。

首先是HiQ量子計(jì)算模擬器。華為HiQ量子計(jì)算模擬器是基于華為云強(qiáng)大的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，采用分布式架構(gòu)、算法優(yōu)化創(chuàng)新，克服了全振幅模擬器對(duì)內(nèi)存容量和網(wǎng)絡(luò)寬帶時(shí)延的挑戰(zhàn)。

模擬器又包含了三個(gè)重要組成部分：

分布式全振幅量子線路模擬器：云上最大可提供42量子比特模擬服務(wù)；

分布式單振幅量子線路模擬器：云上最大可提供169量子比特模擬服務(wù)；

首個(gè)量子糾錯(cuò)電路模擬器云服務(wù)：可模擬數(shù)十萬級(jí)量子比特電路，性能優(yōu)于同類開源模擬器CHP的5-15倍。

全振幅量子線路模擬器與單振幅量子線路模擬器的主要區(qū)別在于，全振幅一次模擬計(jì)算就能算出量子態(tài)的所有振幅，單振幅一次模擬計(jì)算只能計(jì)算出2的N次方振幅中的一個(gè)，因此前者的實(shí)現(xiàn)難度更大，基本上都通過超算實(shí)現(xiàn)，下表是內(nèi)存開銷和網(wǎng)絡(luò)開銷隨著量子比特?cái)?shù)呈指數(shù)增長的示意圖：

一般而言，全振幅模擬器模擬50個(gè)量子比特的話，需要的16PB的內(nèi)存，這樣的開銷是普通云服務(wù)不能承受的。于是華為HiQ全振幅量子線路模擬器做了4點(diǎn)創(chuàng)新：

1、高性能分布式內(nèi)存計(jì)算框架；

2、最優(yōu)化量子門調(diào)度和融合算法；

3、優(yōu)化量子門操作算法；

4、華為云計(jì)算軟硬件優(yōu)化。

以上四點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了云上最大的42量子比特全振幅線路模擬云服務(wù)。學(xué)術(shù)界目前全振幅模擬器最大可模擬到49量子比特，是基于世界最大的超算的模擬結(jié)果，但是沒有對(duì)外提供云服務(wù)。而對(duì)于單振幅量子線路模擬器，業(yè)界已經(jīng)有相關(guān)的研究成果，包括阿里巴巴量子實(shí)驗(yàn)室施堯耘團(tuán)隊(duì)在今年上半年研制出的量子電路模擬器“太章”。

“ 太章”成功模擬了81（9x9）比特40層的作為基準(zhǔn)的谷歌隨機(jī)量子電路，并且還模擬成功了144比特27層（12x12x27）的隨機(jī)量子電路。華為的分布式單振幅量子線路模擬器，在云上最大可提供169量子比特模擬服務(wù)（20層）。

單振幅量子線路模擬器

最后是華為的量子糾錯(cuò)電路模擬器。糾錯(cuò)電路是量子糾錯(cuò)算法對(duì)應(yīng)的電路，對(duì)未來的通用容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)非常關(guān)鍵，其模擬器可以做更多有針對(duì)性的優(yōu)化，可用于糾錯(cuò)碼編解碼器的設(shè)計(jì)。華為量子計(jì)算模擬器首次集成糾錯(cuò)量子電路模擬，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)十萬量級(jí)量子比特的糾錯(cuò)電路模擬，性能是同類模擬器的5-15倍。

此外，翁文康還發(fā)布了華為昆侖量子計(jì)算模擬一體機(jī)原型，包括昆侖服務(wù)器、HiQ模擬器和編程框架三部分。

不過，一體機(jī)原型的能力相對(duì)HiQ云服務(wù)還是遜色了一些，新智元做了張對(duì)比圖：

HiQ量子編程框架支持10余算法，兼容ProjectQ。華為量子計(jì)算模擬器HiQ云服務(wù)平臺(tái)的另一個(gè)重要部分是基于模擬器開發(fā)的編程框架—HiQ量子編程框架。

該編程框架新增兩個(gè)圖形用戶界面量子電路編排GUI（Graphical User Interface）與混合編排BlockUI（Block User Interface），使經(jīng)典-量子混合編程更加簡(jiǎn)單和直觀。

同時(shí)，HiQ量子編程框架還兼容開源框架ProjectQ，允許用戶在Python中實(shí)現(xiàn)量子程序。在算法層面，HiQ量子算法庫已經(jīng)有10多種重要基礎(chǔ)算法，后期還會(huì)進(jìn)一步豐富。

此外，HiQ云服務(wù)平臺(tái)已經(jīng)在和全球10多家機(jī)構(gòu)、高校等團(tuán)體合作，未來將通過量子云服務(wù)和開源項(xiàng)目使能量子算法、軟件、硬件設(shè)計(jì)優(yōu)化、應(yīng)用研究和開發(fā)。

華為量子計(jì)算終極目標(biāo)：做量子計(jì)算機(jī)。華為做量子計(jì)算的消息傳聞已久，目前能查到的最早報(bào)道出現(xiàn)在2012年，當(dāng)時(shí)有報(bào)道稱華為成立量子技術(shù)基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室，專門從事量子計(jì)算和量子通信技術(shù)的基礎(chǔ)研究。

2015年初，華為的一則招聘啟事被曝光，當(dāng)年計(jì)劃在主要高校計(jì)算機(jī)專業(yè)招聘量子專業(yè)博士，啟動(dòng)量子技術(shù)與未來ICT產(chǎn)業(yè)的契合點(diǎn)研究。

“2012”這個(gè)數(shù)字正好和華為的內(nèi)部象牙塔2012實(shí)驗(yàn)室碰巧重合（2012實(shí)驗(yàn)室成立于2011年）。

2012實(shí)驗(yàn)室是華為的純研發(fā)部門，主要面向未來的研究創(chuàng)新和對(duì)業(yè)務(wù)線產(chǎn)品的開發(fā)投資，分為中央研究院、中央軟件院、海思半導(dǎo)體等二級(jí)部門，翁文康所在的數(shù)據(jù)中心技術(shù)實(shí)驗(yàn)室就隸屬于2012實(shí)驗(yàn)室的中央研究院。

歐盟委員會(huì)發(fā)布的“2017全球企業(yè)研發(fā)投入排行”中，華為去年的研發(fā)投入高達(dá)104億歐元，居中國第一、全球第六，超越蘋果。而在研發(fā)投入中，量子計(jì)算基礎(chǔ)研究是重要的一項(xiàng)內(nèi)容。翁文康在接受專訪時(shí)表示，華為做量子計(jì)算會(huì)瞄準(zhǔn)通用量子計(jì)算機(jī)，以此帶動(dòng)量子科技的進(jìn)步，終極目標(biāo)是把量子計(jì)算機(jī)做出來，但是對(duì)于通用量子計(jì)算機(jī)目前還沒有時(shí)間表，而對(duì)在不長時(shí)間內(nèi)研發(fā)出專用的量子計(jì)算機(jī)則很有信心。