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算十強公司榜單,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(lǐng)域,中國科技企業(yè)通過量子平臺的建設(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(xué)習(xí)框架、量子人工智能應(yīng)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(lǐng)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(guān)技術(shù)整合融入百度核心業(yè)務(wù)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(gòu)(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(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,積極探索量子計算創(chuàng)新業(yè)務(wù)。

　　三年多來,百度在量子計算領(lǐng)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(shù)十項量子人工智能的相關(guān)專利,內(nèi)容全方位覆蓋量子機器學(xué)習(xí)、量子計算機模型設(shè)計、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),夯實了量子計算的基礎(chǔ),也拓展了其在人工智能領(lǐng)域的前瞻應(yīng)用。

　　量子計算專利實力的背后,是規(guī)�；�和實用化的產(chǎn)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(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)平臺開發(fā)的量子機器學(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(shù)水平已躋身世界前列。在量槳平臺中,量子機器學(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證,該專利將量子計算與神經(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,從而更好地促進量子電路的訓(xùn)練,同時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(chǔ)設(shè)施服務(wù)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(zhuǎn)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(guān)鍵橋梁。它們與“量槳”共同構(gòu)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(lǐng)域的下一個重大進步,或許就潛藏在量子計算技術(shù)發(fā)展的連鎖反應(yīng)之中。

　　夯實基礎(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)略價值的前沿領(lǐng)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(shù)實力、重視實踐轉(zhuǎn)化的同時,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(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(biāo)準(zhǔn),在量子信息處理與量子機器學(xué)習(xí)中有諸多潛在應(yīng)用。這些專利成果對量子通信、量子信息處理與量子機器學(xué)習(xí)等量子信息方向的基礎(chǔ)研究均提供了有力支持。

　　自進入量子計算領(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)實踐與分享,為我國乃至全球量子計算技術(shù)與產(chǎn)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)、實現(xiàn)量子計算的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,百度集中力量研發(fā)包括規(guī)劃量子計算機結(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、針對分子能量計算任務(wù)的量子電路設(shè)計優(yōu)化方法等技術(shù),用于優(yōu)化現(xiàn)有量子計算機的架構(gòu)與性能,加速近期量子設(shè)備的實際應(yīng)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(shù)人才儲備,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)頂級會議并作報告,促進了量子計算前沿技術(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)