量子计算作为一种基于量子力学的全新计算范式，被认为是下一代计算技术的心脏，也是推动全球数字经济高质量发展的新引擎。近日，在“量见未来”量子开发者大会上，百度发布超导量子计算机“乾始”和全球首个全平台量子软硬一体解决方案“量羲”。该方案集量子硬件、量子软件、量子应用于一体，实现全平台的量子服务触手可及，用户在百度量子平台即可实现所需的量子应用、量子算法的全流程开发和量子算力的随时随地调用，做到了量子算力的“即插即用”，支撑构建起开放可持续的百度量子生态网络。
目前，依托于百度人工智能（AI）生态和高质量量子专利布局，百度已成立北京人工智能产业知识产权运营中心量子计算中心，聚焦量子产业，以自主知识产权服务量子产业创新，推动量子领域专利技术产业化落地，带动量子产业上下游协调发展和融合创新，为加速实用化量子应用落地迈出坚实的一步。
软硬一体搭建量子平台
为推进量子产业化进程，早在年3月，百度便成立了百度研究院量子计算研究所（下称百度量子所）。“百度量子以QIAN命名的战略发展方向，即量子基础研究突破（Quantum）、量子基础设施建设（Infrastructure）、量子应用研发落地（Applications）、量子生态网络构建（Network），持续将相关量子科技整合到百度的核心业务中。”百度量子所所长段润尧介绍。
经过4年的发展，时至今日，百度量子已搭建起一套完整的软硬一体量子基础设施。其中软件平台集成了量脉、量桨、量易伏为主体，兼顾量子噪声处理、量子网络架构、量子测控平台等核心组件，帮助用户从量子硬件中抽调量子算力用于支撑量子应用的研发与展示，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、量子硬件驱动等全流程。
目前，百度量子已经发布了量子机器学习工具集“量桨”、量子网络工具集“QNET”、量子计算应用工具集“QAPP”，以满足不同行业方向对量子算法和量子应用的设计需求；发布了云原生量子计算平台“量易伏”，实现多个国产化平台相互兼容认证，同时具备自有硬件和第三方硬件接入能力，具备移动端、桌面端等多用户端使用模式，让量子算力触手可及；发布了量子噪声处理工具集“QEP”，全面评估量子设备性能，提升量子设备的计算结果精度；发布了云上量子脉冲系统“量脉”，搭建量子软硬件的桥梁。
百度量子硬件平台集成了极低温测试系统、微波电子学设备、超导量子芯片、“工业级”测控平台、“企业级”服务器等核心设备，为量子应用的研发和落地提供了可靠的物理载体；集成了可视化测控实验平台，提供自动化测控服务，实现可靠、高效且无人值守的标定和校准服务，减少量子计算硬件维护的人力成本，为促进量子计算迈向产业化提供了强大的技术支撑。同时，该平台利用完全自主开发的量子测控技术，提供一站式量子软硬件接口，实现从量子电路到脉冲信号的编译与优化。
量子芯片是量子计算的“心脏”，一款量子芯片的性能会直接影响到整个量子计算机的能力和效率。“作为超导量子计算技术实现的物理载体，集成多个量子比特的超导量子芯片的研发至关重要。”段润尧表示，与普通芯片设计类似，量子芯片设计就是在正式“流片”之前，根据特定需求对量子芯片的架构、规格等，进行芯片设计、仿真验证和版图绘制，最终生成用于微纳加工的量子芯片版图。目前，在量子芯片设计方向，百度拥有量子芯片相关专利25件。基于相关技术，百度已完成36-qubit含耦合器超导量子芯片的设计，经多种方法反复交叉验证，关键特征参数和性能指标达到预期。
百度量子技术创新发展背后是其高质量专利的多年积累和强力支撑。目前，百度量子相关的全球专利申请量已经超过件，涵盖量子算法与应用、量子通信与网络、量子加密与安全、量子架构与软件、量子芯片与硬件、量子测控与纠错等多个方向。《中国人工智能高价值专利及创新驱动力分析报告》显示，在量子计算全球高价值专利及创新驱动力排名中，百度位列全国第一。在百度等企业的带动下，我国在全球量子科学领域已步入第一梯队。
赋能行业构建量子生态
近年来，量子计算发展不断提速，量子芯片的设计、制备及测控技术持续发展，量子比特数量实现规模增长，并沿着降低噪声或适应噪声两个思路寻求突破。量子比特规模和质量的增长，为量子应用的落地提供了强有力的保证，量子算力有望为诸多行业带来指数级提升的算法案例。
百度量子聚焦于人工智能、材料模拟、生物计算、金融科技关键量子应用落地场景。百度超导量子计算机中除了实现和封装了常见的量子算法，还涵盖了诸多自研量子算法，可以用于解决量子模拟、机器学习、组合优化等具体问题。当前，百度已实现小规模量子比特运行量子应用模型的算法全流程，量子应用的优势也将随着量子硬件性能的逐步提升而得以展现。此外，百度量子平台上的应用开发环境具有通用性好、便捷易用、工具集完善等特点，提供了丰富的量子机器学习、量子化学、量子网络等工具集，降低了量子计算应用开发和实践的门槛。同时，基于量子应用相关的技术落地场景，诸多核心算法与技术已经进行了相关专利布局。
百度量子在瞄准量子产业化过程中致力于构建完整的量子产业生态。同时，在量子人才培养、量子技术标准制作、量子软硬件生态合作等方面，百度都秉承着开放共赢的合作态度。百度量子与多所高校、科研院所开展了广泛的合作。值得一提的是，百度量子已接入中科院物理所超导量子硬件平台以及中科院精密测量院离子阱量子硬件平台，为打造合作共赢的量子计算产业贡献技术力量。
量子信息科学是具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目，影响着新一轮科技发展的浪潮。量子计算作为量子信息科学的明珠之一，在产业化升级方面发挥着不可替代的作用。在国内量子产业加速发展的形势下，百度量子将努力实现“人人皆可量子”的美好愿景，储备量子计算核心技术，开拓量子计算高潜应用，最大程度地体现量子计算业务的价值与高度。
来源：中国知识产权报
作者：刘弘一