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量子计算博士(量子计算书籍)

张世龙2021年12月20日 21:33天道酬勤440

作为芯片尺寸突破经典物理极限的逻辑必然,同时也是寂寞的皮卡丘时代的象征技术。 近年来,量子计算受到极大的关注,国内外科技巨头也纷纷加入或投资量子计算。 特别值得注意的是,中国公司的量子专利实力也很光明。 在量子计算全球高价值专利和创新推动力排行榜上,百度紧随IBM、谷歌之后。

量子硬件和软件之间的桥梁——脉

在量子计算中,量子任务通常由量子门组成的量子电路描述。 但是,如果量子任务在量子硬件上执行,则量子电路必须“翻译”为量子硬件“能听懂”的脉冲指令。 在这种情况下,“翻译”的质量直接影响整个量子计算的性能。 为此,百度研究院量子计算研究所开发了用于量子计算的“翻译官”——脉。 利用脉搏,用户可以通过云服务和开源SDK获得高效、专业的量化控制解决方案,将量化任务编译成保真度高的脉冲串。 目前,它同时支持超导电路、离子阱和核磁共振行业三种不同类型的量子硬件。 值得一提的是,测脉脉冲调度技术最近在某科研院所超导量子计算硬件上得到了实践,落地,发挥了有效的量子控制能力,展现了性能优势。 这一年,百度量子持续开发了许多量子软硬件接口技术。 根据最新的公开数据,百度量子已经公开了数十项量脉专利,将量脉中积累的各种基础技术涵盖在保护范围之内。 从云平台架构到量子硬件建模,从量子门脉冲优化到脉冲调度,从噪声处理到最近的量子算法脉冲级的实现。

继续积累提供能源的子基础设施

为了实现量子计算机的控制,优秀的软件体系结构起着非常重要的作用,它不仅可以提高实验人员的工作效率,还可以提高量子硬件的稳定性和实验结果的可靠性。 百度量子团队开发了API接口进行量子系统的快速建模、脉冲设计、量子系统仿真,其目的是更准确地描绘量子系统、模拟动力学的演化和实际的观测控制过程,实现模拟、实际的硬件另外,还引入了云服务技术,使得在量子控制领域应用云服务的强大计算力成为可能。

超导电路被认为是最有前途的量子计算硬件候选。 近年来,量子霸权、化学分子基态能量模拟等重要进展已经在超导量子硬件上实现。 但是,受限于现有的量子硬件架构,有效实现量子算法面临着量子位寄生串扰、连通性和串扰性难以共存等课题。 为了应对这些核心挑战,百度量子团队采用了有效、令人满意的鸽子定量方法,不仅对“包括coupler型超导电路”中的量子门噪声机理进行了较好的解释,还提出了新颖的参数区间和相应的实验建议,并在实验中提出了更高的量子门另外,百度量子提出了解决超导量子位之间的连通性和串扰性不能共存的技术。 也就是说,通过引入总线量化比特和组合量化比特,可以实现计算量化比特的全部连接,同时有效地避免计算量化比特之间的串扰,进一步提高量化计算实现的准确性。 目前,百度量子有多项公开专利备受关注,其中2项专利得到了中国国家知识产权局的授权,1项专利得到了澳大利亚专利局的授权。

除了超导量子计算外,量脉也支持全连通离子阱硬件平台的激光脉冲生成和调度。 通过脉冲离子阱模块,用户可以容易且有效地实现全连通离子的高保真多量子位纠缠态。 另外,测量脉冲型离子阱也支持多种不同配置的离子阱芯片类型,可以通过简单的几个参数生成不同离子阱类型所需的脉冲波形。

不断创新推进科学技术

百度量子团队在打破量子硬件和软件壁垒的研究过程中,对其中面临的挑战提出了创造性的可行的解决方案。

脉冲是控制量子硬件中量子状态演化的信号,其引入的测量误差和干扰消除等因素对计算结果的精度影响很大。 研究和设计了许多与脉冲优化校准和脉冲级编译相关的技术方案。 这是以提高从量子电路到必要的控制脉冲的编译效率,提高量子任务的实现效果为目的。 在这个方向上测量脉搏公开了一些相关专利,涉及逻辑量子电路的编译、快速控制脉冲优化算法、量子系统动力学演化快速仿真算法等,一个是得到国家知识产权局的授权。 其中量子电路编译相关专利技术也在某科研院所得到应用,实现了脉冲编译保真度的提高。

在量子计算的硬件层面,量子比特的控制和读取需要通过量子主机来实现。 另一方面,在量子观测过程中,电磁串扰是相邻两个位之间不可忽视的难题,通常这种硬件级噪声不能通过芯片自身的设计和优化来处理,因此量子任务无法正确执行。 百度量子通过实现量子位间串扰的标定,将满意噪声的鸽子量加到满意系统的鸽子量上进行模拟计算,实现了初始脉冲的优化,进而达到了缓解电磁串扰的效果。

此外,量子计算和经典计算都是信号处理技术,噪声是信号处理中必须面对的不利因素,同时也是量子计算发展过程中的最大障碍。 针对量子门噪声和量子测量噪声,百度量子团队利用量子信息、凸优化、机器学习等前沿技术,创新提出了噪声放大和组合缓解量子噪声的技术,并公布了一些核心专利。 特别值得注意的是,量子测量噪声缓释方面的成果也已在量子计算会议TQC2021上报告。

在国内量子产业加速发展的情况下,百度量子继续拥有“人人都可以量子化”的美好愿景,积累了量子计算的核心技术,开拓了量子计算的高潜在应用。 目前,百度量子已经完成了以计量脉、计量桨、计量螺栓三大项目为主体的百度量子平台的几次重磅升级,成为国内接入量子计算实机的云计算平台百度量子平台提供了连接顶层解决方案和底层硬件基础所需的大量软件工具和接口,希望成为“量子计算时代的操作系统”。 百度在尖端科技领域不断提高技术影响力的同时,也为世界量子计算产业的发展贡献了自己的力量。

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