量子AI前沿领域的中国身影——百度量子中的专利乾坤

(原标题:量子AI前沿领域的中国身影——百度量子中的专利乾坤)

2020年,国际知名科技媒体Analytics Insight列出了一份全球量子计算十强公司榜单,世界科技巨头谷歌、微软、IBM、Intel等尽数入选,而最吸引国人关注的,莫过于榜单上出现了中国企业。在榜单中,Analytics Insight总结了百度在量子计算方面的主要工作与成绩,特别是对百度量子计算研究所的成立给出了高度评价。在这一前沿领域,中国科技企业通过量子平台的建设与核心技术攻关,也已悄然留下了自己的身影。

发力量子计算赋能人工智能

人工智能已成为量子计算的重要着力点。人工智能诸如计算机视觉、自然语言处理、智能语音、自动驾驶等需要卓越的算力算法,深度学习框架、量子人工智能应运而生,在算法、框架和硬件三个层面起到节约资源和加速计算的效果。

作为中国人工智能的领先者,百度投入量子计算研究可谓水到渠成。2018年3月,百度正式组建百度研究院量子计算研究所,其使命是建成世界一流的量子人工智能研究所,并不断将相关技术整合融入百度核心业务中。百度量子计算研究所聚焦QAAA规划,聚焦量子算法(Quantum Algorithm)、量子人工智能(Quantum AI)和量子架构(Quantum Architecture)三个核心方向,并在研发过程中不断利用量子计算赋能百度核心技术,持续将相关量子科技整合到百度的核心业务之中,积极探索量子计算创新业务。

三年多来,百度在量子计算领域的巨大投入收到了丰厚的回报。截至2021年8月,百度已公开的数十项量子人工智能的相关专利,内容全方位覆盖量子机器学习、量子计算机模型设计、量子信息处理等前沿方向,在数量和质量上均处于国内领先水平。这些专利展现的创新新技术,夯实了量子计算的基础,也拓展了其在人工智能领域的前瞻应用。

量子计算专利实力的背后,是规模化和实用化的产业实践。百度已建成了以量脉、量桨、量易伏三大项目为主体的百度量子平台,旨在提供全面的量子基础设施即服务 QaaS(Quantum Infrastructure as a Service),追逐“人人皆可量子”的愿景。量桨是基于百度飞桨(Paddle Paddle)平台开发的量子机器学习工具集,支持量子神经网络的搭建与训练,提供易用的量子机器学习开发套件与量子优化、量子化学等前沿量子应用工具集。今年3月8日,就在百度研究院量子计算研究所成立三周年之际,量桨2.0版本正式发布,持续推进加速量子计算与人工智能的深度融合,其技术水平已跻身世界前列。在量桨平台中,量子机器学习支持量子数据分类这样的核心任务。而这个问题的优化解决在百度一篇涉及量子数据处理方法的专利中得到验证,该专利将量子计算与神经网络技术结合,采用一种特殊的由“影子电路”组成的量子神经网络来提取特征信息,不仅可以大大减少参数的数目,从而更好地促进量子电路的训练,同时能够减少电路中使用的量子门数量、引入更少的噪声,为高效辨别量子数据集的数据类型奠定基础,创新性地实现了量子数据的高效、精确分类。该专利技术的相关成果也已被人工智能顶级会议AAAI 2021接收。

此前,百度还发布了中国首个云原生量子计算平台“量易伏”和云上量子脉冲系统”量脉”。”量易伏”可用于编程、模拟和运行量子计算机,为量子基础设施服务提供量子计算环境,很好地实现了量子计算和云计算的深度融合,可以实现对量子硬件的操控,是一把开启量子时代大门的钥匙。“量脉”是量子控制的云平台,可将量子计算软件指令转换成控制量子硬件的脉冲序列,成为实现量子软硬件连接的关键桥梁。它们与“量桨”共同构成了百度量子计算平台。

不难看出,百度将人工智能与量子计算的研究与实践深度融合,并走出了一条独具特色的可行路径。量子计算会使云计算和人工智能变得更加有活力,人工智能领域的下一个重大进步,或许就潜藏在量子计算技术发展的连锁反应之中。

夯实基础研究服务发展大局

量子科技是具有重大科学意义和战略价值的前沿领域。如今,我国正持续推进量子科技发展的战略谋划和前瞻布局,为量子科技创造更好的发展环境。在不断拓展自身技术实力、重视实践转化的同时,站在量子与AI技术领域前沿的中国企业,也不忘为我国乃至全世界的量子技术基础研究贡献一份力量。例如,在量子纠缠态的处理,以及量子数据间距离的确定上,百度均开展研发工作,并有了一系列专利积累。量桨中的分布式量子信息处理模组LOCCNet被用于提升多个量子纠缠核心任务的处理效率。还有专利涉及新的量子中继方案以实现远距离量子纠缠资源的分配,能够对量子信息方向的基础研究与实际方案研发提供有力支持。此外,百度还提出了定量计算量子数据不同程度的算法,该算法可用于衡量量子数据在动态过程中被保护的程度,测试量子方案的效果,以及作为量子密码的安全性评估标准,在量子信息处理与量子机器学习中有诸多潜在应用。这些专利成果对量子通信、量子信息处理与量子机器学习等量子信息方向的基础研究均提供了有力支持。

自进入量子计算领域以来,百度便始终秉持着“人人皆可量子”的美好愿景,重视技术实践与分享,为我国乃至全球量子计算技术与产业发展作出切实可循的贡献。一方面,为推动量子计算基础设施建设、实现量子计算的产业化发展,百度集中力量研发包括规划量子计算机结构布局的高效方法、适用于近期量子设备的非相干噪声消除方法、针对分子能量计算任务的量子电路设计优化方法等技术,用于优化现有量子计算机的架构与性能,加速近期量子设备的实际应用进程。另一方面,百度又通过百度之星、量子科普课堂、高校合作等多种形式,加强量子技术人才储备,并积极参加国际学术交流,受邀出席QIP、TQC和IJCAI等领域内顶级会议并作报告,促进了量子计算前沿技术交流与发展。

正逢“十四五”规划开局之年,国家政策明确指出,要增加研发经费投入,全面发展量子信息科学。如今,部分中国企业已积极开展量子计算的基础设施建设与产业应用探索。在可预见的未来,百度等企业还将继续积极响应国家政策,持续瞄准和探索量子科技等前瞻性领域,在国际前沿科技领域不断增强中国科技的影响力,为量子计算与AI乾坤涂上更加鲜艳的中国色彩。(作者:China IP 张翼翔)