微軟發(fā)布 Azure Quantum 進(jìn)展，加速科學(xué)發(fā)現(xiàn)進(jìn)程

（本文翻譯自微軟全球技術(shù)博客）

近期，微軟宣布了 Azure Quantum 的新進(jìn)展，這將進(jìn)一步加速科學(xué)創(chuàng)見(jiàn)的步伐。

從鐵器時(shí)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的革新，到“硅器時(shí)代”溝通方式的根本性變革，新材料的出現(xiàn)作為社會(huì)進(jìn)步的拐點(diǎn)，將對(duì)諸多行業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。例如，交通運(yùn)輸業(yè)制造出更高效、強(qiáng)大的電池；制藥研究人員能夠研制新藥；化學(xué)行業(yè)將能夠?yàn)槲覀內(nèi)粘Ｊ褂玫?a target="_blank">產(chǎn)品，如電子產(chǎn)品、涂料和紡織品，提供更安全、更可持續(xù)的化合物。最重要的是，科學(xué)家將能夠攻克亟待解決的社會(huì)挑戰(zhàn)，如逆轉(zhuǎn)氣候變化、解決糧食安全問(wèn)題。

然而，從自然界中獲取洞見(jiàn)并非易事。針對(duì)分子的最復(fù)雜量子態(tài)的精確計(jì)算顯示，僅僅100個(gè)電子的能級(jí)數(shù)就可能超過(guò)可見(jiàn)宇宙中的原子數(shù)。

隨著新一代人工智能的演進(jìn)，先進(jìn)的人工智能模型正在與我們的通用用戶界面（自然語(yǔ)言）以及自然界的基礎(chǔ)語(yǔ)言——化學(xué)相結(jié)合，從而引領(lǐng)我們走入科學(xué)發(fā)現(xiàn)的新時(shí)代。

而這只是第一步，更大的轉(zhuǎn)變即將到來(lái)：量子超級(jí)計(jì)算。

現(xiàn)在，創(chuàng)新者可以開(kāi)始嘗試在 Azure Quantum 上使用先進(jìn)的量子硬件，并做好準(zhǔn)備利用量子超級(jí)計(jì)算機(jī)解決更加復(fù)雜的問(wèn)題。我們正在快速迎接新時(shí)代，助力科學(xué)家和企業(yè)解決以往難以解決的問(wèn)題、推動(dòng)增長(zhǎng)和人類(lèi)進(jìn)步。

以下是 Azure Quantum 的三項(xiàng)進(jìn)展——

AzureQuantumElements

Azure Quantum Elements 通過(guò)集成高性能計(jì)算（HPC）、人工智能和量子計(jì)算的最新突破，加速科學(xué)創(chuàng)見(jiàn)。

借助 Azure Quantum Elements，科學(xué)家和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員可以：

縮減產(chǎn)品上市的時(shí)間和成本。通過(guò)加速研發(fā)流程，更快地將創(chuàng)新產(chǎn)品推向市場(chǎng)。從項(xiàng)目啟動(dòng)到解決方案落地，一些客戶的實(shí)現(xiàn)時(shí)間縮短了6個(gè)月到1周。

顯著增加尋找新材料的搜索空間，從數(shù)千個(gè)可選項(xiàng)擴(kuò)展到數(shù)千萬(wàn)個(gè)。

將某些化學(xué)模擬加速50萬(wàn)倍，相當(dāng)于將1年的時(shí)間壓縮到1分鐘。

為規(guī)?；孔佑?jì)算做好準(zhǔn)備。利用人工智能和高性能計(jì)算解決量子化學(xué)問(wèn)題，以及在現(xiàn)有的量子硬件上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并在未來(lái)享有微軟量子超級(jí)計(jì)算機(jī)的優(yōu)先訪問(wèn)權(quán)。

利用這一全面的系統(tǒng)，研究人員可以以前所未有的規(guī)模、速度和精準(zhǔn)度，在化學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域獲取進(jìn)展。

規(guī)模：科學(xué)家可以理解產(chǎn)品生產(chǎn)所需的復(fù)雜反應(yīng)，尋找新的候選方案，并優(yōu)化整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。例如，科學(xué)家現(xiàn)在可以使用 Azure Quantum Elements 在5萬(wàn)個(gè)基本步驟組成的復(fù)雜反應(yīng)中探索150萬(wàn)個(gè)潛在配置。早期采用者已經(jīng)利用這種「規(guī)?；箒?lái)尋找用于日常產(chǎn)品的更可持續(xù)替代品，或針對(duì)創(chuàng)新場(chǎng)景開(kāi)發(fā)全新產(chǎn)品。

速度：Azure Quantum Elements 集成了微軟專(zhuān)門(mén)用于化學(xué)領(lǐng)域的 AI 模型加速模擬。我們基于人工智能的突破性技術(shù)開(kāi)發(fā)了這些模型，通過(guò)數(shù)百萬(wàn)個(gè)化學(xué)和材料數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行訓(xùn)練。Copilot 理解人類(lèi)的語(yǔ)言，Azure Quantum Elements 則可以理解自然界的語(yǔ)言——化學(xué)。

精準(zhǔn)：如今，科學(xué)家正在使用獨(dú)特的人工智能模型和高性能計(jì)算規(guī)模來(lái)運(yùn)行比以往更精準(zhǔn)的模擬。Azure Quantum Elements 還整合了經(jīng)典計(jì)算和量子計(jì)算，為實(shí)現(xiàn)更高的模擬準(zhǔn)確性提供了通路。未來(lái)，科學(xué)家相信量子超級(jí)計(jì)算機(jī)將能夠?qū)崿F(xiàn)比現(xiàn)在高100倍的化學(xué)設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。

巴斯夫（BASF）、阿克蘇諾貝爾（AkzoNobel）、艾斯本（AspenTech）、莊信萬(wàn)豐（Johnson Matthey）、SCGC 和1910 Genetics 等行業(yè)創(chuàng)新者已經(jīng)采用了 Azure Quantum Elements 來(lái)改進(jìn)研發(fā)工作。幾周后，Azure Quantum Elements 將發(fā)布私人預(yù)覽版，讓更多人加入「加速科學(xué)洞見(jiàn)」的行列。

AzureQuantum的智能副駕

Azure Quantum 中的智能副駕幫助科學(xué)家使用自然語(yǔ)言推理復(fù)雜的化學(xué)和材料科學(xué)問(wèn)題。

借助這一智能副駕，科學(xué)家可以通過(guò)云超級(jí)計(jì)算、先進(jìn)人工智能和量子技術(shù)完成復(fù)雜任務(wù)，并與現(xiàn)有工具進(jìn)行整合。它可以生成底層計(jì)算和模擬、查詢(xún)和可視化數(shù)據(jù)、獲取復(fù)雜概念的指導(dǎo)性答案。正如微軟其它產(chǎn)品中的 Copilot 一樣，改變軟件開(kāi)發(fā)、提高生產(chǎn)力和搜索能力。我們的愿景是通過(guò) Azure Quantum 中的 Copilot 來(lái)改變和加速科學(xué)洞見(jiàn)，創(chuàng)建更安全和可持續(xù)的產(chǎn)品，加速藥物研發(fā)，乃至解決全球性的緊迫挑戰(zhàn)。

Copilot 還可以幫助人們了解量子計(jì)算，并為現(xiàn)有的量子計(jì)算機(jī)編寫(xiě)代碼。它提供了一個(gè)完全集成的、基于瀏覽器的體驗(yàn)，內(nèi)置了代碼編輯器、量子模擬器和無(wú)縫的代碼編譯，可以免費(fèi)試用。Copilot 將使復(fù)雜的事物變得更易于管理，助力更多人探索量子、化學(xué)和材料科學(xué)，并將這些變革性領(lǐng)域更加緊密地聯(lián)系在一起。

微軟量子超級(jí)計(jì)算機(jī)路線圖

當(dāng)組織能夠利用量子超級(jí)計(jì)算機(jī)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)新的化學(xué)品和材料時(shí)，這將意味著最終突破的到來(lái)。我們的行業(yè)將會(huì)經(jīng)歷類(lèi)似于20世紀(jì)經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展軌跡。從真空管到晶體管，再到集成電路，基礎(chǔ)技術(shù)的進(jìn)步將帶來(lái)規(guī)模和影響上的提升。

隨著微軟在量子超級(jí)計(jì)算上的進(jìn)展，量子硬件將分為三個(gè)量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)級(jí)別：

第一級(jí) - 基礎(chǔ)級(jí)：在噪聲物理量子比特上運(yùn)行的量子系統(tǒng)，包括當(dāng)今的噪聲中間規(guī)模量子（NISQ）計(jì)算機(jī)。

第二級(jí) - 韌性級(jí)：在可靠的邏輯量子比特上運(yùn)行的量子系統(tǒng)。

第三級(jí) - 規(guī)模級(jí)：可以解決現(xiàn)如今最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)也無(wú)法解決的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)量子超級(jí)計(jì)算機(jī)。

要達(dá)到規(guī)模級(jí)，需要基礎(chǔ)物理學(xué)上的突破。微軟已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這一突破，并在美國(guó)物理學(xué)會(huì)的期刊上發(fā)表了經(jīng)同行評(píng)審的數(shù)據(jù)。

這意味著微軟已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了通往量子超級(jí)計(jì)算機(jī)的第一個(gè)里程碑。我們現(xiàn)在能夠創(chuàng)建和控制馬約拉納準(zhǔn)粒子。憑借這一成就，我們正在向構(gòu)建一種新的受硬件保護(hù)的量子比特的目標(biāo)邁進(jìn)。有了它，我們可以設(shè)計(jì)出可靠的邏輯量子比特，達(dá)到韌性級(jí)，并逐步進(jìn)展至規(guī)模級(jí)。

量子超級(jí)計(jì)算機(jī)將能夠解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的問(wèn)題，并能夠擴(kuò)展以解決世界上最復(fù)雜的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，它必須具備高性能和可靠性?？蛻粜枰私饬孔酉到y(tǒng)在解決實(shí)際問(wèn)題方面的能力，從機(jī)器到網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)都是需考量的范疇。這就是為什么衡量超級(jí)計(jì)算機(jī)不能僅僅依靠物理或邏輯量子比特的計(jì)數(shù)。

為了解超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能，我們需要一種新的度量標(biāo)準(zhǔn)。因此，我們提供了可靠的每秒量子操作數(shù)（rQOPS）的度量標(biāo)準(zhǔn)，它衡量了在一秒鐘內(nèi)可以執(zhí)行多少個(gè)可靠操作。該標(biāo)準(zhǔn)考慮到整個(gè)系統(tǒng)的性能，而不僅僅是量子比特的性能，因此可以確保算法能夠正確運(yùn)行。

量子計(jì)算領(lǐng)域尚未超越 NISQ 時(shí)代，因此，當(dāng)今的量子計(jì)算機(jī)都處于第一級(jí)，并且其可靠的每秒量子操作數(shù)（rQOPS）為零。第一臺(tái)量子超級(jí)計(jì)算機(jī)將至少需要100萬(wàn)的 rQOPS，并且將擴(kuò)展到超過(guò)10億的量級(jí)，以解決具有重大影響的化學(xué)和材料科學(xué)問(wèn)題。

共同加速科學(xué)創(chuàng)見(jiàn)

任何創(chuàng)新技術(shù)的出現(xiàn)，都需要持續(xù)規(guī)劃并減輕風(fēng)險(xiǎn)。微軟的人工智能基本原則同樣適用于量子領(lǐng)域。在開(kāi)發(fā) Azure Quantum Elements 這樣的新服務(wù)、設(shè)計(jì)我們的第一臺(tái)量子超級(jí)計(jì)算機(jī)時(shí)，微軟將采用更嚴(yán)格的措施，并在整個(gè)過(guò)程中納入反饋意見(jiàn)。

微軟也正在為量子安全的未來(lái)做準(zhǔn)備。微軟擁有全面的計(jì)劃，確保我們的所有服務(wù)保持安全，并與客戶和行業(yè)合作伙伴一起支持這一重要的轉(zhuǎn)變。

我們面臨著巨大的機(jī)遇?？茖W(xué)家和企業(yè)將革新日常產(chǎn)品的基礎(chǔ)，引領(lǐng)創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的新時(shí)代。我們期待共同努力，將未來(lái)250年的化學(xué)和材料科學(xué)發(fā)展提前至未來(lái)的25年之內(nèi)。