量子AI前沿領域的中國身影——百度量子中的專利乾坤

　　(原標題:量子AI前沿領域的中國身影——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算十強公司榜單,世界科技巨頭谷歌、微軟、IBM、Intel等盡數入選,而最吸引國人關注的,莫過于榜單上出現(xiàn)了中國企業(yè)。在榜單中,Analytics Insight總結了百度在量子計算方面的主要工作與成績,特別是對百度量子計算研究所的成立給出了高度評價。在這一前沿領域,中國科技企業(yè)通過量子平臺的建設與核心技術攻關,也已悄然留下了自己的身影。

　　發(fā)力量子計算賦能人工智能

　　人工智能已成為量子計算的重要著力點。人工智能諸如計算機視覺、自然語言處理、智能語音、自動駕駛等需要卓越的算力算法,深度學習框架、量子人工智能應運而生,在算法、框架和硬件三個層面起到節(jié)約資源和加速計算的效果。

　　作為中國人工智能的領先者,百度投入量子計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,并不斷將相關技術整合融入百度核心業(yè)務中。百度量子計算研究所聚焦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(Quantum Architecture)三個核心方向,并在研發(fā)過程中不斷利用量子計算賦能百度核心技術,持續(xù)將相關量子科技整合到百度的核心業(yè)務之中,積極探索量子計算創(chuàng)新業(yè)務。

　　三年多來,百度在量子計算領域的巨大投入收到了豐厚的回報。截至2021年8月,百度已公開的數十項量子人工智能的相關專利,內容全方位覆蓋量子機器學習、量子計算機模型設計、量子信息處理等前沿方向,在數量和質量上均處于國內領先水平。這些專利展現(xiàn)的創(chuàng)新新技術,夯實了量子計算的基礎,也拓展了其在人工智能領域的前瞻應用。

　　量子計算專利實力的背后,是規(guī)�；�和實用化的產業(yè)實踐。百度已建成了以量脈、量槳、量易伏三大項目為主體的百度量子平臺,旨在提供全面的量子基礎設施即服務 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)平臺開發(fā)的量子機器學習工具集,支持量子神經網絡的搭建與訓練,提供易用的量子機器學習開發(fā)套件與量子優(yōu)化、量子化學等前沿量子應用工具集。今年3月8日,就在百度研究院量子計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)推進加速量子計算與人工智能的深度融合,其技術水平已躋身世界前列。在量槳平臺中,量子機器學習支持量子數據分類這樣的核心任務。而這個問題的優(yōu)化解決在百度一篇涉及量子數據處理方法的專利中得到驗證,該專利將量子計算與神經網絡技術結合,采用一種特殊的由“影子電路”組成的量子神經網絡來提取特征信息,不僅可以大大減少參數的數目,從而更好地促進量子電路的訓練,同時能夠減少電路中使用的量子門數量、引入更少的噪聲,為高效辨別量子數據集的數據類型奠定基礎,創(chuàng)新性地實現(xiàn)了量子數據的高效、精確分類。該專利技術的相關成果也已被人工智能頂級會議AAAI 2021接收。

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

　　不難看出,百度將人工智能與量子計算的研究與實踐深度融合,并走出了一條獨具特色的可行路徑。量子計算會使云計算和人工智能變得更加有活力,人工智能領域的下一個重大進步,或許就潛藏在量子計算技術發(fā)展的連鎖反應之中。

　　夯實基礎研究服務發(fā)展大局

　　量子科技是具有重大科學意義和戰(zhàn)略價值的前沿領域。如今,我國正持續(xù)推進量子科技發(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實力、重視實踐轉化的同時,站在量子與AI技術領域前沿的中國企業(yè),也不忘為我國乃至全世界的量子技術基礎研究貢獻一份力量。例如,在量子糾纏態(tài)的處理,以及量子數據間距離的確定上,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被用于提升多個量子糾纏核心任務的處理效率。還有專利涉及新的量子中繼方案以實現(xiàn)遠距離量子糾纏資源的分配,能夠對量子信息方向的基礎研究與實際方案研發(fā)提供有力支持。此外,百度還提出了定量計算量子數據不同程度的算法,該算法可用于衡量量子數據在動態(tài)過程中被保護的程度,測試量子方案的效果,以及作為量子密碼的安全性評估標準,在量子信息處理與量子機器學習中有諸多潛在應用。這些專利成果對量子通信、量子信息處理與量子機器學習等量子信息方向的基礎研究均提供了有力支持。

　　自進入量子計算領域以來,百度便始終秉持著“人人皆可量子”的美好愿景,重視技術實踐與分享,為我國乃至全球量子計算技術與產業(yè)發(fā)展作出切實可循的貢獻。一方面,為推動量子計算基礎設施建設、實現(xiàn)量子計算的產業(yè)化發(fā)展,百度集中力量研發(fā)包括規(guī)劃量子計算機結構布局的高效方法、適用于近期量子設備的非相干噪聲消除方法、針對分子能量計算任務的量子電路設計優(yōu)化方法等技術,用于優(yōu)化現(xiàn)有量子計算機的架構與性能,加速近期量子設備的實際應用進程。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,加強量子技術人才儲備,并積極參加國際學術交流,受邀出席QIP、TQC和IJCAI等領域內頂級會議并作報告,促進了量子計算前沿技術交流與發(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)經費投入,全面發(fā)展量子信息科學。如今,部分中國企業(yè)已積極開展量子計算的基礎設施建設與產業(yè)應用探索。在可預見的未來,百度等企業(yè)還將繼續(xù)積極響應國家政策,持續(xù)瞄準和探索量子科技等前瞻性領域,在國際前沿科技領域不斷增強中國科技的影響力,為量子計算與AI乾坤涂上更加鮮艷的中國色彩。(作者:China IP 張翼翔)