日前，2024年鈮酸鋰產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)大會(huì)Lithium Niobate Industry Innovation & Ecology Conference（LIIEC-2024）在蘇州納米城成功舉辦。會(huì)議聚焦鈮酸鋰產(chǎn)業(yè)及學(xué)術(shù)主題，來自世界各地產(chǎn)業(yè)和學(xué)術(shù)界的領(lǐng)先專家共聚一堂，分享鈮酸鋰領(lǐng)域最新的成果與挑戰(zhàn)，探討未來的發(fā)展方向。玻色量子CTO魏海博士應(yīng)邀出席，并發(fā)表了以“實(shí)用化量子計(jì)算的發(fā)展”為主題的精彩演講。

量子計(jì)算是2024年鈮酸鋰產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)大會(huì)的核心議題。鈮酸鋰是一種在量子計(jì)算領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用的晶體材料，鈮酸鋰晶體具有強(qiáng)烈的非線性光學(xué)效應(yīng)，在光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換、光學(xué)開關(guān)和光學(xué)邏輯門等應(yīng)用中具有實(shí)用價(jià)值，可以實(shí)現(xiàn)光量子比特的操控和量子態(tài)的轉(zhuǎn)換。同時(shí)，鈮酸鋰也是一種適合于光子集成電路（PIC）的材料，能夠與光子器件集成，用于構(gòu)建量子計(jì)算中的光量子線路。其在低損耗光學(xué)波導(dǎo)、量子存儲(chǔ)、量子糾纏等方面都具有廣泛的應(yīng)用前景，是光量子計(jì)算中不可或缺的重要材料。

量子計(jì)算，實(shí)用先行

隨著摩爾定律的失效，量子計(jì)算有望成為后摩爾時(shí)代計(jì)算能力跨越式發(fā)展的重要方案。

量子計(jì)算以量子比特為基本單元，利用量子疊加、糾纏和干涉等物理特性進(jìn)行高速并行的數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算及存儲(chǔ)。因此，量子計(jì)算機(jī)是一種底層原理與經(jīng)典計(jì)算機(jī)完全不同的全新計(jì)算設(shè)備，能夠在特定計(jì)算困難問題上提供指數(shù)級(jí)加速，有望成為未來幾乎所有科技領(lǐng)域加速發(fā)展的“新引擎”。

2024年，量子技術(shù)作為未來產(chǎn)業(yè)、新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的重要組成部分，北京未來產(chǎn)業(yè)布局中明確提出建設(shè)全球量子信息產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新高地，培育量子產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

魏海博士提到，以玻色量子自研的相干光量子計(jì)算為代表的專用型量子計(jì)算機(jī)——“天工量子大腦”已經(jīng)率先實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。光量子計(jì)算具有的強(qiáng)大的計(jì)算能力和精準(zhǔn)的操作性能，使得相干光量子計(jì)算機(jī)在解決復(fù)雜問題、優(yōu)化算法和AI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面展現(xiàn)出無與倫比的優(yōu)勢(shì)。

2023年5月16日，玻色量子發(fā)布國(guó)內(nèi)首臺(tái)100計(jì)算量子比特的相干光量子計(jì)算機(jī)真機(jī)——天工量子大腦100，這不僅標(biāo)志著玻色量子邁出了實(shí)用化量子計(jì)算應(yīng)用的關(guān)鍵一步，還代表著量子計(jì)算從理論量子優(yōu)勢(shì)向?qū)嵱昧孔觾?yōu)勢(shì)發(fā)展的重要里程碑。

2024年4月18日，玻色量子重磅發(fā)布了550計(jì)算量子比特的相干光量子計(jì)算計(jì)算機(jī)真機(jī)——天工量子大腦550W及開物SDK等核心研究成果，充分展現(xiàn)出量子計(jì)算與AI的融合，是實(shí)用化量子計(jì)算的起點(diǎn)。這不僅代表了新質(zhì)生產(chǎn)力中的量子計(jì)算與經(jīng)典計(jì)算的深度融合，還彰顯了玻色量子具有的創(chuàng)新實(shí)力和行業(yè)領(lǐng)先地位，也標(biāo)志著我國(guó)實(shí)用化量子科技事業(yè)邁入了新的發(fā)展階段。

量子計(jì)算實(shí)用場(chǎng)景與案例分享

從技術(shù)挑戰(zhàn)上看，量子計(jì)算從來都不是來替代經(jīng)典算力的，將量子算力與經(jīng)典算力無縫融合，才是真正解決各行業(yè)算力難題的終極答案，也將實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)算力的共振與提升。同時(shí)，現(xiàn)有經(jīng)典計(jì)算的軟件開發(fā)套件并不適用于量子計(jì)算，有較高的遷移成本，打破這一技術(shù)壁壘是降低量子計(jì)算實(shí)用化門檻的重中之重。

再結(jié)合用戶需求，魏海博士認(rèn)為，未來大行其道的計(jì)算模式是“無感計(jì)算”，即從業(yè)務(wù)本身出發(fā)，不需要關(guān)注底層的硬件是什么。基于天工量子大腦550W，結(jié)合開物SDK與量子云服務(wù)，量子計(jì)算可以在各行業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)基于真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景、真實(shí)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、量子真機(jī)驗(yàn)證三位一體的應(yīng)用探索或能破局。

同時(shí)，玻色量子作為國(guó)內(nèi)實(shí)用化量子計(jì)算的代表性領(lǐng)先企業(yè)，還構(gòu)建了一個(gè)“場(chǎng)景漏斗”。魏海博士認(rèn)為，對(duì)于今天的量子計(jì)算生態(tài)，最關(guān)鍵的一步是找到合適的應(yīng)用場(chǎng)景，這也是玻色量子不斷拓展生態(tài)的主要目標(biāo)。通過開物SDK可以大大降低開發(fā)者門檻，無論是高校、企業(yè)、個(gè)人開發(fā)者或其他用戶，不需要去學(xué)習(xí)量子物理的原理，即可在純數(shù)學(xué)層面理解量子算力的使用方法和能力，開發(fā)適配他們所在領(lǐng)域的量子算法，并且在量子計(jì)算機(jī)真機(jī)上完成數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

通過為期一年的量子計(jì)算實(shí)用化的商業(yè)實(shí)踐，玻色量子發(fā)現(xiàn)了量子計(jì)算在組合優(yōu)化和人工智能兩大場(chǎng)景上發(fā)揮了巨大的計(jì)算優(yōu)勢(shì)。目前，已有數(shù)十個(gè)不同的場(chǎng)景進(jìn)入“場(chǎng)景漏斗”，玻色量子已聯(lián)合產(chǎn)出近10篇場(chǎng)景移植驗(yàn)證成功的學(xué)術(shù)論文，每個(gè)案例均獲得2-3個(gè)數(shù)量級(jí)以上的加速。

2023年，為了更好的加速生態(tài)建設(shè)，玻色量子與北京圖象圖形學(xué)學(xué)會(huì)、移動(dòng)云、南方科技大學(xué)成功舉辦首屆“五岳杯”量子計(jì)算挑戰(zhàn)賽。此次賽事共有近2000支隊(duì)伍，近5000人報(bào)名競(jìng)賽！參賽者覆蓋近500所中國(guó)高校，超過900個(gè)專業(yè)，總計(jì)收集到量子計(jì)算應(yīng)用論文2000余份。魏海博士強(qiáng)調(diào)，量子計(jì)算的加速能力可以賦能眾多領(lǐng)域，只有更多的行業(yè)開發(fā)者加入，才能讓量子計(jì)算發(fā)揮出真正的能力。通過開物SDK，即使只是大學(xué)本科生，通過一定的數(shù)學(xué)和代碼，也可以實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的使用。

同時(shí)，玻色量子已聯(lián)合生態(tài)合作伙伴在AI、算力調(diào)度、分子對(duì)接、虛擬電廠、量子圖聚類算法、量子深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練等“量子計(jì)算+”行業(yè)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)了一系列重要成果突破。

以“量子計(jì)算+AI”真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景為例，清華大學(xué)車輛與運(yùn)載學(xué)院李升波教授課題組提出了多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的伊辛訓(xùn)練算法，這是國(guó)際上首個(gè)用于相干伊辛機(jī)（CIM）的深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練算法，代表了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)量子訓(xùn)練領(lǐng)域的重要突破。這一算法已在玻色量子自研的“天工量子大腦550W”上完成了真機(jī)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)表明它能在毫秒之內(nèi)解決大規(guī)模二進(jìn)制優(yōu)化問題，為AI時(shí)代的模型訓(xùn)練提供了另一種可能路徑。這也是在量子AI時(shí)代突破實(shí)用化量子計(jì)算發(fā)展的關(guān)鍵支柱之一。

以量子圖聚類算法真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景為例，通過將經(jīng)典的AI聚類算法進(jìn)行模型重構(gòu)，研發(fā)出能夠運(yùn)行在量子計(jì)算機(jī)上的量子圖聚類算法。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，混合量子社區(qū)發(fā)現(xiàn)算法，相較于經(jīng)典的混合Louvain及混合Leiden有更好的數(shù)據(jù)區(qū)分能力，并且通過量子獨(dú)有的多模態(tài)融合技術(shù)，可以進(jìn)一步提升算法的準(zhǔn)確性。

最后，魏海博士總結(jié)到：玻色量子一方面將繼續(xù)發(fā)揮相干光量子計(jì)算機(jī)真機(jī)優(yōu)勢(shì)，聯(lián)合生態(tài)合作伙伴們不斷拓展更多行業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景。另一方面也希望和光集成芯片的中上游生態(tài)伙伴，一起探索鈮酸鋰材料在光量子計(jì)算等行業(yè)中發(fā)揮更大的作用，讓光量子計(jì)算進(jìn)一步走向?qū)嵱没x能更多的行業(yè)。