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系列报告 | 量子云平台，量子计算的“应用所”

量子创投界

2021-11-11

导读：系列报告 | 量子云平台，量子计算的“应用所”

量子计算的接入途径主要形式有两种，一种是使用专门搭建的量子系统，另一种是通过量子计算云平台。量子处理器在进行运算和储存时，对环境的要求是比较苛刻的，通过云服务进行量子处理器的接入和量子计算应用的推广成为量子计算算法及应用的主要形式之一，基于目前只有少数企业和科研机构能够独立拥有量子计算的的情况，通过云服务接入量子处理器的云平台成为了量子计算使用者的应用所。量子云计算平台也称为量子云平台，是指基于硬件资源和软件资源的服务，提供计算、网络和存储能力。现有的量子云平台结构可分为4层，包括量子计算引擎、量子云端服务器、用户界面、量子云平台应用服务。其中量子计算引擎，主要为量子处理器和量子模拟器，是量子云平台的核心部分，提供量子计算机的强大算力。量子云端服务主要承担用户界面和计算引擎的中介作用，执行对量子计算机资源估算、硬件分配与调配。用户界面则可以帮助用户编写量子编程语言，而量子云平台应用服务则能在特定场景下实现机器学习、量子化学、量子教育等。截至目前，国外量子云平台主要有IBM 量子云平台、亚马逊量子云平台、微软量子云平台等。国内量子云平台主要有百度量子云平台、华为量子云平台、本源量子云平台等。

图国内外量子计算云平台主要玩家

来源：量子创投界根据公开资料整理

IBM云平台

IBM云平台：2016年5月，IBM推出了量子计算云平台IBM Quantum Experience，用户可以通过该云平台在IBM的量子处理器上运行算法和实验，这是全球范围内量子计算云服务的开端。2020年8月至2021年3月，IBM多次更新云平台，增加了q-sphere view、phase disk、电路执行过程中测量和批量处理量子门等功能。2021年3月，由IBM Quantum Composer和IBM Quantum Lab组成，它们取代了IBM Quantum Experience。IBM Quantum Composer是一个图形化的量子编程工具，允许用户操作来构建量子电路并在真实的量子硬件或模拟器上运行它们。而在Quantum Lab中，用户可以在Jupyter Notebook环境中编写结合Qiskit代码、方程、可视化和叙述文本的脚本，在真正的量子硬件或模拟器上运行代码，从任何地方存储、访问和管理文件。

图 IBM Quantum Composer用户操作界面

来源：IBM官网

图 IBM Quantum Lab用户操作界面

来源：IBM官网

亚马逊量子云平台

亚马逊量子云平台：亚马逊相较其他巨头，在量子计算领域进入较晚，但在 2019年12月，其正式发布了名为“Braket”的量子计算云服务平台，凭借着丰富的经典云计算技术占据了量子云平台的先机。与集中关注硬件开发的 IBM不同，亚马逊更多倾向于自己不开发硬件，而是连接其他公司硬件资源的 Q-PaaS 模式。目前，Braket支持在本地对Rigetti基于门的超导计算机、D-Wave量子退火超导计算机以及IonQ离子阱计算机的跨平台兼容开发，而不需要使用者学习多个开发环境。Braket还支持通过模拟器进行量子线路的调试、诊断和优化，自动分配经典计算和量子计算所需资源，结合优化混合量子算法，并完全托管作业以提高效率和降低成本。

图亚马逊的Braket量子计算云平台

来源：亚马逊官网

微软量子云平台

微软量子云平台：微软公司在软件开发上具有得天独厚的优势，最早推出了量子编程语言Q#，并在2017年12月提供了量子开发程序包QDK。尚未推出的微软Azure Quantum计划成为一个全堆栈、开发生态系统，与合作伙伴一起组建最多样化的量子解决方案、软件和硬件。作为中间层，Azure将通过Q#、QDK等工具生成预建的工业规模求解器和算法提供量子解决方案与上层应用进行联系，对相应的软件进行模拟和资源估算，并分配到具有不同量子比特体系结构的硬件系统。目前，微软已和IonQ、霍尼韦尔、QCI、1QBit等多家公司建立了良好的生态联系，并且在积极开发未来革命性的拓扑量子比特计算机。

图微软量子云平台合作伙伴

来源：微软官网

百度量子云平台

百度量子云平台：2018年3月，百度成立量子计算研究所，致力于广泛开展量子技术储备、量子人才培养以及新量子业务探索，主要聚焦于量子软件和信息技术应用研究，重点进行量子人工智能，量子算法和量子架构的研发，合称为QAAA规划。目前已经初步建成由量脉、量桨以及量易伏三大项目为主体的百度量子平台，旨在提供全面的QaaS。2020年9月，在“万物智能——百度世界2020”大会上，量易伏压轴登场，其提供QaaS模式的量子计算环境。

图百度量易伏用户操作界面

来源：百度量子计算云平台

华为量子云平台

华为量子云平台：华为于2018年10月推出了首款量子云平台HiQ，并于2019年发布了华为量子云服务解决方案HiQ2.0，目前HiQ云服务平台已经推出到3.0版本，新增两个核心模块：量子组合优化求解器 HiQ Optimizer 和张量网络计算加速器HiQ Tensor，同时升级HiQ Cirucit、HiQ Fermion、HiQ Pulse等多个模块，使得HiQ系统功能更完善，性能更优越，可适配更多场景。目前，华为尚未推出量子硬件设备，而是利用昆仑量子计算模拟器作为计算引擎。华为在应用层的发展更为丰富，表现在首个一站式量子化学应用云服务和对应软件包HiQ Fermion，通过自研的算法优化、线路压缩等技术可将参数压缩80%，运行速度提高1600倍以上，提供最大规模的一站式变分量子本征解算器（Variational Quantum Eigensolver，VQE）量子化学模拟，在药物、能源、材料等应用场景有广泛用途。

图华为量子计算模拟平台HiQ架构

来源：华为量子计算云平台

本源量子云平台

本源量子云平台：2017年9月11日成立的本源量子是我国第一家专业的量子计算初创公司，是我国产学研结合的优秀成功案例，其首席科学家为中国科学技术大学量子信息重点实验室的郭国平教授。除硬件外，本源量子还提供底层量子指令集OriginIR，支持多硬件、多语言的量子计算框架 QPandas和量子语言QRunes，并提供专业的量子软件定制服务，提供从硬件层到应用层的全栈式服务。2020年9月12日，本院量子发布了国内首个搭载了真实超导量子芯片的超导量子计算云平台。