量脈

量脈

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，旨在打通量子計算的軟體層和硬體層，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布，支持量子門的脈衝生成。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布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，成為一個為用戶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，量脈2.0在WAIC 2021世界人工智慧大會的AI開發者論壇上發布，重點研發了多量子比特含噪模擬器、誤差表征和噪聲緩釋等功能。

2022年8月25日，百度在“量見未來”量子開發者大會上發布“乾始”超導量子計算機及全球首個全平台量子軟硬一體解決方案“量羲”。量脈作為“量子軟硬體接口”，提供了可視化的一站式客戶端和自動化軟體包，只要輸入量子晶片結構等基本信息，就可以自動初始化量子晶片，大幅降低“乾始”的量子硬體平台的運行維護成本。

基本介紹

  • 中文名：量脈
  • 外文名：Quanlse
  • 研發機構：百度量子計算研究所
  • 官網：https://quanlse.baidu.com/
  • 語種：Python
  • 平台：Windows、MacOS、Linux(Ubuntu、CentOS等)
  • 最新版本：v2.2 
簡介,發展歷程,產品功能,量脈超導,量脈離子阱,量脈核磁,產品特色,量脈套用案例,

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線量子軟體和硬體之間的橋樑。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，用戶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，用戶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。
量脈
用戶可以自動、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體類型和結構的。基於不同類型的量子硬體，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，基於超導電路硬體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，開啟量子時代的大門。”
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布了全面升級後的量脈。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世界人工智慧大會上，段潤堯宣布量脈升級至2.0版本，重點研發了多量子比特含噪模擬器，用於仿真超導量子晶片，新增誤差表征和噪聲緩釋模組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體的量子控制平台。
2021年10月，第五屆全球智慧型工業大會大數據智慧型與科學計算論壇上量脈升級至2.1版本，段潤堯宣布量脈升級至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晶片，開發量子比特標定和校準模組用於仿真測控流程，新增誤差表征和噪聲緩釋特色模組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體的量子控制雲平台。
2022年3月，在第25屆全球量子信息處理會議QIP上，段潤堯宣布量脈升級至2.2版本，新增從脈衝最佳化到誤差分析的全流程服務。

發展歷程

  • 2019年7月 —— 百度量子計算研究所發布量子控制雲計算平台“量脈”，其中包含量脈核磁並有多種特色案例。
  • 2020年9月 —— 百度量子計算研究所在“百度世界大會2020”上發布全新升級的“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。
  • 2021年2月 —— 量脈在國際量子信息頂會QIP2021上，進行了升級，成為一個為用戶提供脈衝級別量子控制的雲平台。
  • 2021年7月 —— 量脈2.0在WAIC 2021世界人工智慧大會的AI開發者論壇上發布，新增包括多量子比特含噪模擬器、誤差表征和噪聲緩釋等功能。
  • 2022年8月 —— 量子計算機“乾始”、全平台量子軟硬一體解決方案“量羲”發布，量脈作為軟硬體接口提供了可視化的一站式客戶端、自動化軟體包等功能。

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，用戶可以實現模擬含噪超導量子晶片及其動力學演化、誤差分析的可視化、表征並緩釋誤差、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套用。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。
量脈
量脈架構圖

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體候選者之一。近些年超導量子計算領域取得諸多進展，並在工業界廣泛套用。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體結構和參數，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。
量脈
使用量脈生成的量子電路所對應的脈衝序列

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體平台相比，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線，可以做到量子比特之間的全連通。量脈離子阱允許用戶通過雲服務生成單比特旋轉門、（廣義）Mølmer-Sørensen 門所需的脈衝。

量脈核磁

受益於量子比特相干時間長、實現條件簡單（常溫常壓）、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。基於核磁共振硬體的特點，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，量脈核磁允許用戶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體可以識別的脈衝信號 。

產品特色

量脈可以通過雲服務為用戶提供在脈衝層面的量子控制方案，其中包括多種特色功能：
實用性
多功能

量脈套用案例

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最佳化、原生雙量子比特門的脈衝最佳化、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 檔案。教程的目錄如下：
雙量子比特門控制
量脈調度器
誤差處理
含噪模擬器
基於脈衝的 VQE 算法
量脈離子阱
量脈核磁

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