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量脈
鎖定
量脈（Quanlse）是由百度量子計算研究所研發的基於雲計算的量子控制平台
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，旨在打通量子計算的軟件層和硬件層，為量子控制提供專業的解決方案。2019年7月，量脈在2019年百度AI開發者大會公開課上發佈，支持量子門的脈衝生成。
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在2020年9月15日召開的“百度世界大會2020”上，百度量子計算研究所發佈了全新升級的量脈系統，其中包含量脈超導和量脈核磁兩套脈衝計算系統，分別適用於超導電路和核磁共振平台 。2021年2月，量脈在國際量子信息頂會QIP2021上，進行了升級，成為一個為用户提供脈衝級別量子控制的雲平台，通過雲計算為量子控制提供專業與高效的解決方案。
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2021年7月，量脈2.0在WAIC 2021世界人工智能大會的AI開發者論壇上發佈，重點研發了多量子比特含噪模擬器、誤差表徵和噪聲緩釋等功能。
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- 中文名
- 量脈
- 外文名
- Quanlse
- 研發機構
- 百度量子計算研究所
量脈簡介
量脈(Quanlse)是由百度量子計算研究所開發的基於雲服務的量子控制平台。量脈的目標是搭起連接量子軟件和硬件之間的橋樑。通過強大的量脈雲服務和開源SDK，量脈提供高效和專業的量子控制解決方案。
量脈支持任意單量子比特門脈衝和原生雙量子比特門脈衝的產生和調度。藉助量脈的工具箱，用户還可以實現物理系統的建模、動力學演化的模擬和錯誤分析的可視化。不僅如此，用户可以使用量脈的工具在脈衝層面實現量子算法。此外，量脈還支持量子控制領域的進階研發工作。
用户可以自動、高效地實現對量子電路進行脈衝層面的控制
量子電路對應的脈衝序列是強烈依賴於量子硬件類型和結構的。基於不同類型的量子硬件，量脈分別提供了量脈超導、量脈離子阱和量脈核磁三套脈衝計算系統。其中，基於超導電路硬件平台設計的脈衝計算系統為量脈超導，基於核磁共振平台設計的脈衝計算系統為量脈核磁。
在百度世界大會2020的百度大腦分論壇上，百度量子計算研究所所長段潤堯重點講解了百度量子平台，展示了百度用量脈+量槳+量易伏賦能新基建、追逐“人人皆可量子”的願景。他介紹，“百度全新發布國內首個雲原生量子計算平台量易伏，並全面升級量子脈衝雲計算服務系統量脈和量子機器學習開發工具集量槳，通過構建以百度量子平台為核心的量子生態，開啓量子時代的大門。”
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2021年2月，在國際量子信息頂會 QIP2021 工業演講上，百度量子計算研究所所長段潤堯發佈了全面升級後的量脈。
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升級後的量脈進化為提供脈衝級別量子控制的雲平台，通過雲計算為量子控制提供專業與高效的解決方案。
2021年7月，在WAIC 2021世界人工智能大會上，段潤堯宣佈量脈升級至2.0版本，重點研發了多量子比特含噪模擬器，用於仿真超導量子芯片，新增誤差表徵和噪聲緩釋模塊助力提升量子計算精度，成為了同時支持超導電路、離子阱、核磁共振三類量子硬件的量子控制平台。
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2021年10月，第五屆全球智能工業大會大數據智能與科學計算論壇上量脈升級至2.1版本，段潤堯宣佈量脈升級至2.1版本，重點研發多量子比特含噪模擬器用於仿真超導量子芯片，開發量子比特標定和校準模塊用於仿真測控流程，新增誤差表徵和噪聲緩釋特色模塊助力提升量子計算精度，成為了同時支持超導電路、離子阱、核磁共振三類量子硬件的量子控制雲平台。
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量脈發展歷程
- 2020年9月 —— 百度量子計算研究所在“百度世界大會2020”上發佈全新升級的“量脈”系統。提供了全新的量脈超導用來生成量子算法所需的高保真度脈衝序列。 [7]
量脈產品功能
量脈支持任意單量子比特門脈衝和雙量子比特門脈衝的產生和調度。藉助量脈的工具箱，用户可以實現模擬含噪超導量子芯片及其動力學演化、誤差分析的可視化、表徵並緩釋誤差、生成離子阱系統中的單/雙量子比特門與廣義 Mølmer-Sørensen 門脈衝，以及研究核磁系統中的相關應用。此外，量脈還支持在脈衝層面實現量子算法以及量子控制領域的進階研發。
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量脈架構圖
量脈量脈超導
超導量子計算（Superconducting Quantum Computing），被認為是最有前景的量子計算硬件候選者之一。近些年超導量子計算領域取得諸多進展，並在工業界廣泛應用。然而，如何自動、高效地把量子算法轉化成可以在超導電路上執行的高保真度脈衝依舊是一個富有挑戰性的問題。在實際的量子控制中，超導電路又有諸多物理限制條件。首先，作為人工原子，超導量子比特是一個多能級量子系統，會不可避免涉及到能級泄漏的問題；其次，在拓撲結構方面，超導量子比特間只能是近鄰耦合；此外，超導量子比特的相干時間也是有限的。充分考慮這些限制條件，量脈超導可以用來生成量子算法所需的高保真度脈衝序列。具體而言，輸入一個特定的量子電路以及量子硬件結構和參數，量脈超導便可以自動、高效地生成超導電路可以識別的脈衝指令。
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使用量脈生成的量子電路所對應的脈衝序列
量脈量脈離子阱
離子阱是最早被提出用於進行量子計算的平台之一。近些年來，離子阱量子計算技術得到了長足的發展，單雙量子比特門保真度已經達到 99.9999% 和 99.9%。和其他諸如超導量子計算硬件平台相比，離子阱量子計算有幾大優勢：其一是量子比特單元是全同粒子，量子比特頻率固定；其二是單/雙量子比特保真度很高且量子比特相干時間長；其三是離子阱中的量子比特通過庫倫相互作用連接，可以做到量子比特之間的全連通。量脈離子阱允許用户通過雲服務生成單比特旋轉門、（廣義）Mølmer-Sørensen 門所需的脈衝。
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量脈量脈核磁
受益於量子比特相干時間長、實現條件簡單（常温常壓）、成熟的量子調控技術等優點，核磁共振系統（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是最早用於量子計算的體系架構。基於核磁共振硬件的特點，量脈核磁可以用來生成任意量子門的高保真度脈衝。具體而言，量脈核磁允許用户自由地選擇目標量子門以及調控磁場的耦合方式，而且可以快速地生成核磁共振硬件可以識別的脈衝信號 。
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量脈產品特色
量脈可以通過雲服務為用户提供在脈衝層面的量子控制方案，其中包括多種特色功能：
- 雲服務
- 高性能的量子硬件模擬器
- 高效的量子控制解決方案
- 通用的量子電路脈衝調度器
- 實用性
- 近期量子算法的脈衝生成
- 適配於不同類型的量子硬件平台
- 多功能
- 功能強大的工具箱：包括硬件建模、誤差分析和可視化處理
- 易於自定義的脈衝設置
- 開源SDK：支持量子控制領域的進階研發
量脈量脈應用案例
量脈提供了從基礎到進階主題的詳細而全面的教程。其中包括超導量子計算中單量子比特門的脈衝優化、原生雙量子比特門的脈衝優化、變分量子本徵求解器的脈衝實現等。對於感興趣的開發人員，建議下載並使用相應的 Jupyter Notebook 文件。教程的目錄如下：
- 量脈超導
- 構造哈密頓量
- 單量子比特控制
- 單量子比特門
- 基於梯度算法的脈衝優化
- 校準 $\pi$ 脈衝
- DRAG 脈衝
- 雙量子比特門控制
- iSWAP 門
- Controlled-Z 門
- Cross-Resonance 門
- 量脈調度器
- 誤差處理
- 隨機基準測試
- 零噪聲外插抑噪方法
- 含噪模擬器
- 單量子比特含噪模擬器
- 多量子比特含噪模擬器
- 基於脈衝的 VQE 算法
- 量脈離子阱
- 單/雙量子比特門
- 廣義 Mølmer-Sørensen 門
- 量脈核磁
- 參考資料
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- 1. 百度量脈 - 連接量子軟硬件的橋樑 ．百度量脈[引用日期2021-02-03]
- 2. Baidu Research —— Quantum Computing Platform and Ecosystem ．2019百度AI開發者大會[引用日期2021-02-04]
- 3. Wednesday | QIP2021 ．24th Annual Conference on Quantum Information Processing[引用日期2021-02-04]
- 4. 百度世界2020啓動，百度量子平台用技術開啓量子時代大門 ．搜狐網．2020-09-16[引用日期2020-10-21]
- 5. 百度世界2020開幕 百度量子計算為新基建增添動能|百度 ．新浪網．2020-09-17[引用日期2020-10-21]
- 6. 頂級國際學者加盟，七大實驗室亮相，百度研究院豪華陣容再升級 ．中國網．2019-07-02[引用日期2020-10-21]
- 7. 百度用量脈+量槳+量易伏賦能新基建，追逐“人人皆可量子”願景 | 極客公園 ．極客公園．2020-09-16[引用日期2020-10-21]
- 8. WAIC 2021召開 百度分享量子人工智能的理論與實踐最新進展 ．鳳凰網．2021-07-10[引用日期2021-07-12]
- 9. 百度量子宣佈全新QIAN戰略升級，發佈全球首個雲原生量子集成開發環境——YunIDE ．品玩．2021-10-22[引用日期2022-10-25]
- 10. 量子計算國際頂會QIP2022召開 百度連續四年參會推動量子科技進步 | 機器之心 ．機器之心．2022-03-10[引用日期2022-10-25]
- 11. 遇事不決真的可以量子力學了：量子計算機上雲，手機APP就能玩 | 量子位 ．量子位．2022-08-25[引用日期2022-10-27]
- 12. 一起探訪百度量子計算硬件實驗室，實地揭秘百度超導量子計算機！ ．百度直播．2022-08-25[引用日期2022-10-27]
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