打造在线量子计算云平台,「本源量子」想让量子计算从实验品变成人人可用的产品

石亚琼 · 2020-10-24
完成量子计算机从“书架” 到 “货架”

作者:李子月、石亚琼

编辑:石亚琼

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随着2020年量子计算方向科研及工程进展突破,量子计算再度受到关注。叠加政策利好,以及二级市场的财富效应,一级市场对量子计算的关注度提升。 

我们近期接触的本源量子成立于2017年9月,是国内较早进入量子计算领域的公司。团队技术起源于中科院量子信息重点实验室,由两位量子计算行业领军人物——郭光灿院士、郭国平教授引领。本源量子研发专家团队由量子计算院士和科技部超级 973 项目首席科学家组成,核心研发团队成员均为中科院计算机、物理领域博士,囊括了中国大部分量子计算人才,公司研发人员占比超过75%,团队成员以90后为主。目前总部位于合肥高新区,在成都和深圳设有分支机构。

一、研发6比特量子计算机,打造在线量子计算云平台

虽然很多人认为量子计算机还是一个”未来愿景“,但近年来也已工程落地。本源量子已于今年研制了第一台量子计算机,量名为“悟源”,6比特量子芯片“夸父”组装而成,采用超导方案,对标IBM 2017年时产品,并向全球开放超导量子云计算的预约使用。

这款量子计算机从量子芯片、量子测控、量子软件、量子云、量子计算机控制系统、量子计算软件系统均为本源量子自研。

量子芯片方面,本源已拥有超过10种各类量子计算芯片、量子功能芯片产品,并开发出本源第一代半导体2比特量子处理器玄微 XW B2-100、本源第一代超导6比特夸父量子处理器KF C6-130。 

量子测控领域,本源成功研发了首款国产量子计算机控制系统——第一代量子测控一体机OriginQ Quantum AIO,此款量子测控一体机具有自主知识产权,填补了此类仪器国内空白。2019年底完成了国内第一套涵盖标准仪器到低温电子器件的定制化量子测控产品体系。并于2020年9月发布了32位国产量子计算机控制系统。 

量子软件方面,本源开发了国内第一套量子语言标准QRunes,研制了国内首款量子编程架构QPanda(量子语言与编译器的复合架构),国内首款量子计算应用框架pyQPanda,及国内首个量子程序开发插件Qurator-VSCode。

2019年9月,本源量子化学应用系统ChemiQ正式亮相,它是世界上第一个量子计算机应用软件,可用于模拟计算化学分子在不同键长下对应的能量,为量子计算在化学领域的应用提供基础,帮助相关人员探索量子计算应用、推动生物科技研发进程。 

量子云领域,本源已开发出基于32位量子虚拟机的量子计算免费体验平台,成功仿真64位量子电路,并推算72位量子电路模拟的可行性,突破了去年由IBM创造的56位仿真记录。并推出了64位虚拟机付费使用服务,针对科研院所和高校提供了量子模拟器接入服务、为客户订制特定的量子计算解决方案。

2020年9月上线的本源超导量子计算云平台,提供了图形化编程、代码编程两种在线编程方式,开发并推出了复杂网络排序、手写数字识别、用户偏好行为预测3款典型的量子编程应用,供用户学习使用。

本源量子一直专注于完全自主知识产权建设。近日,在知识产权产业媒体IPRdaily与incoPat创新指数研究中心发布的全球量子计算技术发明专利排行榜中,本源量子以77项专利排名第7,前6位为IBM、D-Wave、Google、Microsoft、Northrop Grumman、Intel。


二、人才是这一阶段量子计算机方向最为重要的壁垒之一

 随着国家号召学习量子计算,量子计算的重要性、前沿性也开始被认可。本源量子之所以能实现量子计算机的出货,也与其团队背景有关。

公司技术起源于中国科学技术大学中科院量子信息重点实验室的量子计算研究团队。中国科学院量子信息重点实验室是我国量子信息领域第一个省部级重点实验室。实验室长期从事量子通信与量子计算的理论与实验研究,做出了一系列国际一流水平的原始创新科研成果,是中国量子信息领域人才的重要培养基地之一,承担多项重大项目。主要研究方向为半导体量子芯片、量子纠缠网络、量子集成光学芯片、实用的量子密码以及量子理论等。

公司首席科技顾问郭光灿院士是中国科学技术大学教授,中国科学院量子信息重点实验室主任,中国科学院院士,现任中国物理学会常务理事、中国光学学会理事长。长期从事量子光学、量子通信和量子计算的理论和实验研究。国家科技部中长期规划“量子调控”重大项目《量子通信与量子计算的物理实现》、中科院B类先导专项项目《基于固态系统的量子物理和量子信息》和基金委重大仪器专项《多功能固态量子存储器》的首席科学家。2003年当选为中国科学院院士,2009年当选为第三世界科学院院士。创始人兼首席科学家郭国平教授在实用化量子计算领域取得了多个重要成果,在国际主要学术期刊发表论文100余篇,拥有量子计算相关专利30余项,成功入选国家杰出青年基金获得者,国家“万人计划”领军人才,长江教授青年学者。 

人才是这一阶段量子计算机方向最为重要的壁垒之一。本源量子研发专家团队由量子计算院士和科技部超级 973 项目首席科学家组成,核心研发团队成员均为中科院计算机、物理领域博士,囊括了中国大部分量子计算人才。目前,公司研发人员占比超过75%,团队成员以90后为主,学历水平以国家重点高校本科为主,其中博士人才占比11%,硕士以上人才占比40%,本科以上人才占比92%。 


本源部分团队

本源部分团队

事实上,国内至今也未有量子计算直接的专业。量子科学人才稀缺,据估计,2018年时全球一线人才不超过1000人,国内不超过100人。国外许多高校已开设量子科学专业,而国内只有中科大有涉猎。目前团队成员均为光学、量子学相关专业科研人员,引入公司后进行跨界培养。未来随着量子科学有可能被设为一级学科,各高校也开始重视量子科学领域的人才培养,人才储备也有可能进一步补充。 

三、追赶国际先进水平,加强生态建设时不我待

本源的战略目标是全栈式开发,直接对标国外量子计算公司IBM、Rigetti等。本源今年推出的6比特的超导量子计算机“悟源”,对标IBM 2017年5比特量子计算机。预计今年年底,将上线的2比特半导体计算机“悟本“,对标Intel 2018年的水平。从当前的进度来,公司在超导技术方向于IBM的差距约为3年,在半导体技术路径上,与对标Intel 差距约为2年。

公司表示,技术奇点理论提醒我们,科学研究很有可能突然间飞速进步,短短两三年的差距很可能将在某一时刻突然拉大。比如,今年9月,IBM发布了扩展量子技术路线图,该图显示IBM量子计算机将在2021年实现127比特,2022年实现433比特,2023年实现1121比特,之后量子比特数将达到百万级。

事实上,当前量子计算机还处于早期阶段,配套也完全不成熟。相比于IBM、Intel,本源量子在量子计算机的生产方面,也需要克服更多难题。目前本源使用的配套设施都是中科院根据科研和工程进展依托现有计算机产业链进行改造的,未来希望有能力建立生产线。当前,诸如台积电、富士康母公司鸿海集团等公司都已开始布局量子计算,基于其工业背景,未来或有可能在工业配套方面产生合作或者竞争。

与此同时,计算机不仅是硬件本身,还涉及到软件及生态。本源2019年9月发布了的化学应用系统ChemiQ,为世界上第一个量子计算机应用软件。团队告诉36氪,这是世界上第一个量子计算机应用软件,比微软和谷歌早3个月左右。 

不过,量子计算要落地,还要靠更多这样的应用。培养量子计算生态圈,2019年12月,本源量子发起中国首个量子计算产业联盟OQIA(Origin Quantum Industry Alliance),同中船重工709所、中科类脑、哈工大机器人集团、臻天链、中国海洋大学、云从科技、中船鹏力、瀚海博兴10家联盟伙伴共同致力于量子计算在各类场景的应用开发,加速研制实用性量子计算机,推动量子计算产业化发展。2020年9月7日,本源量子与建信金融科技共建量子金融应用实验室,未来将围绕金融领域应用场景,推动量子生态的构建及其与金融产业的协同发展。

Google等公司目前已开始进入国内市场,本源量子也将加大推广力度,加速生态建设及人才培养。比如,本源于2019年3月推出国内首家在线量子教育平台——本源量子教育云平台,免费开放大量量子教学课程。同年9月,本源发布国内第一部专业的量子计算与编程教材《量子计算与编程入门》。除此之外,本源正与高校、科研院所合作,为高校学生及研究人员提供量子计算学习工具,推动高校院所提前开启量子算法及量子软件的学习与应用。目前本源已与清华大学、中国科学技术大学、南京大学、成都电子科技大学、南方科技大学等重点高校建立稳定的高端仪表仪器供应关系。

2019年5月,本源量子公司首批量子学习机开始向包括南京航空航天大学、哈尔滨工业大学、西安电子科技大学、华中科技大学等多所国内一流高校捐赠。今年8月,本源发布了国内首款量子计算全物理体系学习机。

资金毫无疑问是做这件事最为重要的资源之一。本源量子成立初期的三年主要资金来自于科研经费、融资、政府资产,团队成员薪资多低于此前工作薪资。近期公司正在进行新一轮融资,预计可筹款3亿元人民币左右,筹集的资金将用于提升员工薪资、搭建低温测试平台(已投资1.5亿)、纳米加工平台等。 

值得一提的是,2019年1月,空客公司发起全球量子计算挑战赛,邀请全球36个量子计算团队、超过800位研究人员参赛,希望利用量子计算解决当今世界上与飞行物理学相关的最困难和最复杂的问题,以测试和评估最新可用的计算能力。当时,大赛提出了包括飞机爬升优化、计算流体动力学、用于求解偏微分方程的量子神经网络、机翼设计优化、飞机装载优化等问题。本源量子受邀参赛,开发了高效的量子流体动力学算法,入围了决赛。预计该挑战赛结果将于今年年底公布。


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