阿里巴巴發(fā)布云量子開發(fā)平臺,開放研究有利于加速量子時代來臨

今日，阿里巴巴發(fā)布阿里云量子開發(fā)平臺（Alibaba Cloud Quantum Development Platform，ACQDP）， 開源自研量子計算模擬器“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)計量子硬件，測試量子算法，并探索其在材料、分子發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化問題和機器學習等領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。

過去幾年量子芯片的進步使得量子計算通向?qū)嵱弥返牟淮_定性進一步減小。而隨著系統(tǒng)規(guī)模的增大，對量子系統(tǒng)及量子算法的測試與驗證變得越來越有挑戰(zhàn)性。基于經(jīng)典模擬的方法是一個基本工具，但有其內(nèi)在的瓶頸。比如，目前的存儲技術(shù)最高能存儲不到60量子比特的量子態(tài)。阿里云量子開發(fā)平臺提出原創(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，可實現(xiàn)比其他方法更大規(guī)模的模擬。

達摩院量子實驗室在量子計算的經(jīng)典模擬方向長期處于國際領(lǐng)先。此前，其自研的“太章1.0”提出了獨創(chuàng)的張量網(wǎng)絡(luò)收縮的動態(tài)拆分辦法，大幅減少量子電路模擬的代價，為學界與業(yè)界廣泛采用。此次開源的內(nèi)核量子引擎“太章2.0”通過進一步的算法創(chuàng)新，再次大幅度降低資源消耗。

今年5月實驗室用“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)計的經(jīng)典計算耗時超一萬年的任務(wù)，壓縮至20天內(nèi)完成，比其它最好的方案改進了四個數(shù)量級。業(yè)界人士估計，若通過硬件資源的進一步優(yōu)化，特別是提升GPU使用效率，該算法有望將模擬時間壓縮到2天以內(nèi)。這一系列工作引起學術(shù)界對量子計算與經(jīng)典計算邊界的重新思考。

ACQDP還包括達摩院量子實驗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，以及基于實驗噪聲模型的糾錯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驗和評估問題?；谶@一開放平臺，量子計算的研究人員可對不同的場景自定制算法，以進一步提高模擬效率；而發(fā)展出來的方案和算法，有望推動量子計算機的實現(xiàn)，催生量子計算的實用優(yōu)勢。

達摩院量子實驗室科學家正在調(diào)試量子計算設(shè)備

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

據(jù)他介紹，達摩院量子實驗室未來將會有更多的成果開源和對開放研究合作者的無償輸出。該團隊聚焦研究的不同于主流的量子比特fluxonium ，在不久的將來也會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？

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

太章取自《淮南子·墬形訓》：“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?！?/p>

就像太章徒步測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行，所以以此命名。

阿里巴巴達摩院以及量子實驗室背景

阿里巴巴達摩院由全球建設(shè)的自主研究中心、與高校和研究機構(gòu)建立的聯(lián)合實驗室、全球開放研究項目--阿里巴巴創(chuàng)新研究計劃（AIR 計劃）三大部分組成，囊括量子計算、機器學習、基礎(chǔ)算法、網(wǎng)絡(luò)安全、視覺計算、自然語言處理、人機自然交互、芯片技術(shù)、傳感器技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)等，涵蓋機器智能、智聯(lián)網(wǎng)、金融科技等多個領(lǐng)域。

“中國科學院-阿里巴巴量子計算實驗室”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算系統(tǒng)方面。計劃預(yù)計到2025年，量子模擬將達到當今世界最快的超級計算機的水平，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個量子比特的通用量子計算原型機，突破大規(guī)模量子計算機的芯片工藝，從物理層設(shè)計、制造，到算法運行實現(xiàn)自主研發(fā)，全面實現(xiàn)通用量子計算功能，并應(yīng)用于大數(shù)據(jù)處理等重大實際問題。

施堯耘，達摩院量子實驗室負責人，北大計算機本科、普林斯頓計算機博士。在加州理工學院的量子信息中心做博士后研究后，他加入密歇根大學安娜堡分校，歷任電子工程和計算機科學助理教授、副教授和正教授。研究涉獵量子信息科學的多個領(lǐng)域，包括量子計算復(fù)雜度、量子計算經(jīng)典模擬和量子密碼學。他在阿里巴巴致力于建設(shè)一個跨學科的國際團隊，以實現(xiàn)量子計算顛覆性的潛力。

責任編輯：gt