量子AI前沿領(lǐng)域的中國身影——百度量子中的專利乾坤

　　(原標(biāo)題:量子AI前沿領(lǐng)域的中國身影——百度量子中的專利乾坤)

　　2020年,國際知名科技媒體Analytics Insight列出了一份全球量子計(jì)算十強(qiáng)公司榜單,世界科技巨頭谷歌、微軟、IBM、Intel等盡數(shù)入選,而最吸引國人關(guān)注的,莫過于榜單上出現(xiàn)了中國企業(yè)。在榜單中,Analytics Insight總結(jié)了百度在量子計(jì)算方面的主要工作與成績,特別是對(duì)百度量子計(jì)算研究所的成立給出了高度評(píng)價(jià)。在這一前沿領(lǐng)域,中國科技企業(yè)通過量子平臺(tái)的建設(shè)與核心技術(shù)攻關(guān),也已悄然留下了自己的身影。

　　發(fā)力量子計(jì)算賦能人工智能

　　人工智能已成為量子計(jì)算的重要著力點(diǎn)。人工智能諸如計(jì)算機(jī)視覺、自然語言處理、智能語音、自動(dòng)駕駛等需要卓越的算力算法,深度學(xué)習(xí)框架、量子人工智能應(yīng)運(yùn)而生,在算法、框架和硬件三個(gè)層面起到節(jié)約資源和加速計(jì)算的效果。

　　作為中國人工智能的領(lǐng)先者,百度投入量子計(jì)算研究可謂水到渠成。2018年3月,百度正式組建百度研究院量子計(jì)算研究所,其使命是建成世界一流的量子人工智能研究所,并不斷將相關(guān)技術(shù)整合融入百度核心業(yè)務(wù)中。百度量子計(jì)算研究所聚焦QAAA規(guī)劃,聚焦量子算法(Quantum Algorithm)、量子人工智能(Quantum AI)和量子架構(gòu)(Quantum Architecture)三個(gè)核心方向,并在研發(fā)過程中不斷利用量子計(jì)算賦能百度核心技術(shù),持續(xù)將相關(guān)量子科技整合到百度的核心業(yè)務(wù)之中,積極探索量子計(jì)算創(chuàng)新業(yè)務(wù)。

　　三年多來,百度在量子計(jì)算領(lǐng)域的巨大投入收到了豐厚的回報(bào)。截至2021年8月,百度已公開的數(shù)十項(xiàng)量子人工智能的相關(guān)專利,內(nèi)容全方位覆蓋量子機(jī)器學(xué)習(xí)、量子計(jì)算機(jī)模型設(shè)計(jì)、量子信息處理等前沿方向,在數(shù)量和質(zhì)量上均處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。這些專利展現(xiàn)的創(chuàng)新新技術(shù),夯實(shí)了量子計(jì)算的基礎(chǔ),也拓展了其在人工智能領(lǐng)域的前瞻應(yīng)用。

　　量子計(jì)算專利實(shí)力的背后,是規(guī)�；�和實(shí)用化的產(chǎn)業(yè)實(shí)踐。百度已建成了以量脈、量槳、量易伏三大項(xiàng)目為主體的百度量子平臺(tái),旨在提供全面的量子基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù) QaaS(Quantum Infrastructure as a Service),追逐“人人皆可量子”的愿景。量槳是基于百度飛槳(Paddle Paddle)平臺(tái)開發(fā)的量子機(jī)器學(xué)習(xí)工具集,支持量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的搭建與訓(xùn)練,提供易用的量子機(jī)器學(xué)習(xí)開發(fā)套件與量子優(yōu)化、量子化學(xué)等前沿量子應(yīng)用工具集。今年3月8日,就在百度研究院量子計(jì)算研究所成立三周年之際,量槳2.0版本正式發(fā)布,持續(xù)推進(jìn)加速量子計(jì)算與人工智能的深度融合,其技術(shù)水平已躋身世界前列。在量槳平臺(tái)中,量子機(jī)器學(xué)習(xí)支持量子數(shù)據(jù)分類這樣的核心任務(wù)。而這個(gè)問題的優(yōu)化解決在百度一篇涉及量子數(shù)據(jù)處理方法的專利中得到驗(yàn)證,該專利將量子計(jì)算與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合,采用一種特殊的由“影子電路”組成的量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來提取特征信息,不僅可以大大減少參數(shù)的數(shù)目,從而更好地促進(jìn)量子電路的訓(xùn)練,同時(shí)能夠減少電路中使用的量子門數(shù)量、引入更少的噪聲,為高效辨別量子數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)類型奠定基礎(chǔ),創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了量子數(shù)據(jù)的高效、精確分類。該專利技術(shù)的相關(guān)成果也已被人工智能頂級(jí)會(huì)議AAAI 2021接收。

　　此前,百度還發(fā)布了中國首個(gè)云原生量子計(jì)算平臺(tái)“量易伏”和云上量子脈沖系統(tǒng)”量脈”。”量易伏”可用于編程、模擬和運(yùn)行量子計(jì)算機(jī),為量子基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)提供量子計(jì)算環(huán)境,很好地實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)算和云計(jì)算的深度融合,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)量子硬件的操控,是一把開啟量子時(shí)代大門的鑰匙。“量脈”是量子控制的云平臺(tái),可將量子計(jì)算軟件指令轉(zhuǎn)換成控制量子硬件的脈沖序列,成為實(shí)現(xiàn)量子軟硬件連接的關(guān)鍵橋梁。它們與“量槳”共同構(gòu)成了百度量子計(jì)算平臺(tái)。

　　不難看出,百度將人工智能與量子計(jì)算的研究與實(shí)踐深度融合,并走出了一條獨(dú)具特色的可行路徑。量子計(jì)算會(huì)使云計(jì)算和人工智能變得更加有活力,人工智能領(lǐng)域的下一個(gè)重大進(jìn)步,或許就潛藏在量子計(jì)算技術(shù)發(fā)展的連鎖反應(yīng)之中。

　　夯實(shí)基礎(chǔ)研究服務(wù)發(fā)展大局

　　量子科技是具有重大科學(xué)意義和戰(zhàn)略價(jià)值的前沿領(lǐng)域。如今,我國正持續(xù)推進(jìn)量子科技發(fā)展的戰(zhàn)略謀劃和前瞻布局,為量子科技創(chuàng)造更好的發(fā)展環(huán)境。在不斷拓展自身技術(shù)實(shí)力、重視實(shí)踐轉(zhuǎn)化的同時(shí),站在量子與AI技術(shù)領(lǐng)域前沿的中國企業(yè),也不忘為我國乃至全世界的量子技術(shù)基礎(chǔ)研究貢獻(xiàn)一份力量。例如,在量子糾纏態(tài)的處理,以及量子數(shù)據(jù)間距離的確定上,百度均開展研發(fā)工作,并有了一系列專利積累。量槳中的分布式量子信息處理模組LOCCNet被用于提升多個(gè)量子糾纏核心任務(wù)的處理效率。還有專利涉及新的量子中繼方案以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子糾纏資源的分配,能夠?qū)α孔有畔⒎较虻幕�礎(chǔ)研究與實(shí)際方案研發(fā)提供有力支持。此外,百度還提出了定量計(jì)算量子數(shù)據(jù)不同程度的算法,該算法可用于衡量量子數(shù)據(jù)在動(dòng)態(tài)過程中被保護(hù)的程度,測(cè)試量子方案的效果,以及作為量子密碼的安全性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),在量子信息處理與量子機(jī)器學(xué)習(xí)中有諸多潛在應(yīng)用。這些專利成果對(duì)量子通信、量子信息處理與量子機(jī)器學(xué)習(xí)等量子信息方向的基礎(chǔ)研究均提供了有力支持。

　　自進(jìn)入量子計(jì)算領(lǐng)域以來,百度便始終秉持著“人人皆可量子”的美好愿景,重視技術(shù)實(shí)踐與分享,為我國乃至全球量子計(jì)算技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出切實(shí)可循的貢獻(xiàn)。一方面,為推動(dòng)量子計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,百度集中力量研發(fā)包括規(guī)劃量子計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)布局的高效方法、適用于近期量子設(shè)備的非相干噪聲消除方法、針對(duì)分子能量計(jì)算任務(wù)的量子電路設(shè)計(jì)優(yōu)化方法等技術(shù),用于優(yōu)化現(xiàn)有量子計(jì)算機(jī)的架構(gòu)與性能,加速近期量子設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)程。另一方面,百度又通過百度之星、量子科普課堂、高校合作等多種形式,加強(qiáng)量子技術(shù)人才儲(chǔ)備,并積極參加國際學(xué)術(shù)交流,受邀出席QIP、TQC和IJCAI等領(lǐng)域內(nèi)頂級(jí)會(huì)議并作報(bào)告,促進(jìn)了量子計(jì)算前沿技術(shù)交流與發(fā)展。

　　正逢“十四五”規(guī)劃開局之年,國家政策明確指出,要增加研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入,全面發(fā)展量子信息科學(xué)。如今,部分中國企業(yè)已積極開展量子計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用探索。在可預(yù)見的未來,百度等企業(yè)還將繼續(xù)積極響應(yīng)國家政策,持續(xù)瞄準(zhǔn)和探索量子科技等前瞻性領(lǐng)域,在國際前沿科技領(lǐng)域不斷增強(qiáng)中國科技的影響力,為量子計(jì)算與AI乾坤涂上更加鮮艷的中國色彩。(作者:China IP 張翼翔)