作為芯片尺寸突破經(jīng)典物理極限的邏輯必然，同時也是后摩爾時代標志性的技術(shù)，近些年量子計算獲得了巨大的關(guān)注，國內(nèi)外科技巨頭也紛紛入局參與或投資量子計算。值得特別注意的是，中國公司的量子專利實力也表現(xiàn)亮眼。在量子計算全球高價值專利及創(chuàng)新驅(qū)動力排名中，百度緊隨IBM、谷歌之后。

連接量子軟硬件橋梁——量脈

在量子計算中，量子任務(wù)通常由量子門組成的量子電路來刻畫。然而，當量子任務(wù)在量子硬件上運行時，則需要將量子電路“翻譯”成量子硬件可以“聽得懂”的脈沖指令。此時“翻譯”的質(zhì)量會直接影響到整個量子計算的性能。為此，百度研究院量子計算研究所研發(fā)了用于量子計算的“翻譯官”——量脈。使用量脈，用戶可通過云服務(wù)和開源 SDK 獲得高效和專業(yè)的量子控制解決方案，將量子任務(wù)編譯成高保真度的脈沖序列。目前，量脈同時支持超導電路、離子阱、核磁共振業(yè)界三種不同類型的量子硬件。值得一提的是，量脈的脈沖調(diào)度技術(shù)最近在某科研院所的超導量子計算硬件上得到實踐和落地，發(fā)揮出有效的量子控制能力并展現(xiàn)出性能優(yōu)勢。近一年來，百度量子持續(xù)研發(fā)了諸多量子軟硬件接口技術(shù)。據(jù)最新的公開數(shù)據(jù)，百度量子已公開幾十項與量脈相關(guān)的專利，保護范圍涵蓋量脈中積累的各種底層技術(shù)：從云平臺架構(gòu)到量子硬件建模，從量子門脈沖優(yōu)化到脈沖調(diào)度，從噪聲處理到近期量子算法脈沖層面的實現(xiàn)。

持續(xù)積累賦能量子基礎(chǔ)設(shè)施

要實現(xiàn)對量子計算機的控制，出色的軟件架構(gòu)扮演著十分重要的角色，它不僅能夠提升實驗人員工作效率，還可以提升量子硬件穩(wěn)定性和實驗結(jié)果可靠性。百度量子團隊研發(fā)API接口對量子系統(tǒng)進行快速建模、脈沖設(shè)計、量子系統(tǒng)仿真，其目的在于更精準地刻畫量子系統(tǒng)、模擬動力學演化及真實的測控流程，并打通模擬器、真實硬件，方便地進行數(shù)據(jù)生成、儲存以及量子優(yōu)化控制等功能。另外，量脈還引入云服務(wù)技術(shù)，使得在量子控制領(lǐng)域應(yīng)用云服務(wù)的強大算力成為可能。

超導電路被認為是最有前景的量子計算硬件候選者。近些年，諸如量子霸權(quán)、化學分子基態(tài)能量模擬等重要進展已在超導量子硬件上實現(xiàn)。然而，受限于現(xiàn)有的量子硬件架構(gòu)，高效實現(xiàn)量子算法還面臨著量子比特寄生串擾、連通性和串擾性難以共存等難題。瞄準這些核心挑戰(zhàn)，百度量子團隊采用有效哈密頓量方法，不僅對“含coupler型超導電路”中量子門噪聲機制給予了很好的解釋，還提出新穎的參數(shù)區(qū)間及相應(yīng)的實驗建議，預(yù)期可在實驗中獲得更高的量子門保真度。此外，百度量子還提出了解決超導量子比特間連通性和串擾性無法共存的技術(shù)方案，即通過引入總線量子比特和耦合量子比特，可以在實現(xiàn)計算量子比特全連通的同時，有效地避免計算量子比特之間的串擾，進一步提升量子計算實現(xiàn)的準確性。目前百度量子有多項公開專利關(guān)注于這個方向，其中兩項專利獲得中國國家知識產(chǎn)權(quán)局的授權(quán)，一項專利獲得澳大利亞專利局的授權(quán)。

除了超導量子計算，量脈也支持全連通離子阱硬件平臺的激光脈沖生成和調(diào)度。通過量脈離子阱模塊，用戶可方便高效地實現(xiàn)全連通離子的高保真度多量子比特糾纏態(tài)。同時，量脈離子阱也支持多種不同構(gòu)型的離子阱芯片類型，只需簡單的幾個參數(shù)即可生成不同離子阱芯片類型所需的脈沖波形。

不斷創(chuàng)新推動科技

百度量子團隊在打破量子軟硬件壁壘的研究過程中，還對其中遇到的難題創(chuàng)造性地提出可能的解決方案。

脈沖是控制量子硬件中量子態(tài)演化的信號，其引入的測控誤差以及退相干等因素會嚴重影響到計算結(jié)果的精度。量脈研究并設(shè)計了諸多與脈沖優(yōu)化校準、以及脈沖層級編譯相關(guān)的技術(shù)方案，旨在提升從量子電路到所需控制脈沖的編譯效率，提升量子任務(wù)的實現(xiàn)效果。在該方向上量脈有若干項相關(guān)專利公開，涉及邏輯量子電路的編譯、快速控制脈沖優(yōu)化算法、量子系統(tǒng)動力學演化快速模擬算法等，一項獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局的授權(quán)。其中量子電路編譯相關(guān)的專利技術(shù)也在某科研院所得到應(yīng)用，實現(xiàn)了脈沖編譯保真度的提升。

在量子計算硬件層面，量子比特的控制和讀取需要通過量子測控來實現(xiàn)。而在量子測控過程中，電磁串擾是兩個相鄰比特之間不可忽略的難題，通常這類硬件層面的噪聲并不能通過芯片本身的設(shè)計和優(yōu)化進行處理，這使得量子任務(wù)無法精確執(zhí)行。百度量子實現(xiàn)了量子比特間串擾的標定，并通過將噪聲哈密頓量添加到系統(tǒng)哈密頓量進行模擬計算，從而實現(xiàn)對初始脈沖的優(yōu)化，進而達到緩釋電磁串擾的效果。

此外，量子計算與經(jīng)典計算無外乎都是對信號的處理技術(shù)，而噪聲則是信號處理中不得不面對的不利因素，同時也是量子計算發(fā)展過程中最大的攔路虎。針對量子門噪聲與量子測量噪聲，百度量子團隊利用了量子信息、凸優(yōu)化、機器學習等前沿技術(shù)，創(chuàng)新地提出了多種通過放大與組合噪聲進行量子噪聲緩釋的技術(shù)方案，且有多項核心專利公開。特別值得一提的是，針對量子測量噪聲緩釋的相關(guān)成果也已在量子計算會議TQC2021作報告展示。

在國內(nèi)量子產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展的形勢下，百度量子繼續(xù)秉持著“人人皆可量子”的美好愿景，儲備量子計算核心技術(shù)，開拓量子計算高潛應(yīng)用?，F(xiàn)階段，百度量子已完成了以量脈、量槳、量易伏三大項目為主體的百度量子平臺的數(shù)次重磅升級，成為國內(nèi)接入量子計算真機的云原生量子計算平臺。百度量子平臺提供了連接頂層解決方案和底層硬件基礎(chǔ)所需的大量軟件工具以及接口，希望其成為“量子計算時代操作系統(tǒng)”。百度在前沿科技領(lǐng)域不斷提高技術(shù)影響力，同時也為全球量子計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展貢獻自己的力量。

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