微软发布 Azure Quantum 进展，加速科学发现进程

（本文翻译自微软全球技术博客）

近期，微软宣布了 Azure Quantum 的新进展，这将进一步加速科学创见的步伐。

从铁器时代农业生产方式的革新，到“硅器时代”沟通方式的根本性变革，新材料的出现作为社会进步的拐点，将对诸多行业领域产生深远影响。例如，交通运输业制造出更高效、强大的电池；制药研究人员能够研制新药；化学行业将能够为我们日常使用的产品，如电子产品、涂料和纺织品，提供更安全、更可持续的化合物。最重要的是，科学家将能够攻克亟待解决的社会挑战，如逆转气候变化、解决粮食安全问题。

然而，从自然界中获取洞见并非易事。针对分子的最复杂量子态的精确计算显示，仅仅100个电子的能级数就可能超过可见宇宙中的原子数。

随着新一代人工智能的演进，先进的人工智能模型正在与我们的通用用户界面（自然语言）以及自然界的基础语言——化学相结合，从而引领我们走入科学发现的新时代。

而这只是第一步，更大的转变即将到来：量子超级计算。

现在，创新者可以开始尝试在 Azure Quantum 上使用先进的量子硬件，并做好准备利用量子超级计算机解决更加复杂的问题。我们正在快速迎接新时代，助力科学家和企业解决以往难以解决的问题、推动增长和人类进步。

以下是 Azure Quantum 的三项进展——

AzureQuantumElements

Azure Quantum Elements 通过集成高性能计算（HPC）、人工智能和量子计算的最新突破，加速科学创见。

借助 Azure Quantum Elements，科学家和产品开发人员可以：

缩减产品上市的时间和成本。通过加速研发流程，更快地将创新产品推向市场。从项目启动到解决方案落地，一些客户的实现时间缩短了6个月到1周。

显著增加寻找新材料的搜索空间，从数千个可选项扩展到数千万个。

将某些化学模拟加速50万倍，相当于将1年的时间压缩到1分钟。

为规模化量子计算做好准备。利用人工智能和高性能计算解决量子化学问题，以及在现有的量子硬件上进行实验，并在未来享有微软量子超级计算机的优先访问权。

利用这一全面的系统，研究人员可以以前所未有的规模、速度和精准度，在化学和材料科学领域获取进展。

规模：科学家可以理解产品生产所需的复杂反应，寻找新的候选方案，并优化整个生产过程。例如，科学家现在可以使用 Azure Quantum Elements 在5万个基本步骤组成的复杂反应中探索150万个潜在配置。早期采用者已经利用这种「规模化」来寻找用于日常产品的更可持续替代品，或针对创新场景开发全新产品。

速度：Azure Quantum Elements 集成了微软专门用于化学领域的 AI 模型加速模拟。我们基于人工智能的突破性技术开发了这些模型，通过数百万个化学和材料数据点进行训练。Copilot 理解人类的语言，Azure Quantum Elements 则可以理解自然界的语言——化学。

精准：如今，科学家正在使用独特的人工智能模型和高性能计算规模来运行比以往更精准的模拟。Azure Quantum Elements 还整合了经典计算和量子计算，为实现更高的模拟准确性提供了通路。未来，科学家相信量子超级计算机将能够实现比现在高100倍的化学设计预测准确性。

巴斯夫（BASF）、阿克苏诺贝尔（AkzoNobel）、艾斯本（AspenTech）、庄信万丰（Johnson Matthey）、SCGC 和1910 Genetics 等行业创新者已经采用了 Azure Quantum Elements 来改进研发工作。几周后，Azure Quantum Elements 将发布私人预览版，让更多人加入「加速科学洞见」的行列。

AzureQuantum的智能副驾

Azure Quantum 中的智能副驾帮助科学家使用自然语言推理复杂的化学和材料科学问题。

借助这一智能副驾，科学家可以通过云超级计算、先进人工智能和量子技术完成复杂任务，并与现有工具进行整合。它可以生成底层计算和模拟、查询和可视化数据、获取复杂概念的指导性答案。正如微软其它产品中的 Copilot 一样，改变软件开发、提高生产力和搜索能力。我们的愿景是通过 Azure Quantum 中的 Copilot 来改变和加速科学洞见，创建更安全和可持续的产品，加速药物研发，乃至解决全球性的紧迫挑战。

Copilot 还可以帮助人们了解量子计算，并为现有的量子计算机编写代码。它提供了一个完全集成的、基于浏览器的体验，内置了代码编辑器、量子模拟器和无缝的代码编译，可以免费试用。Copilot 将使复杂的事物变得更易于管理，助力更多人探索量子、化学和材料科学，并将这些变革性领域更加紧密地联系在一起。

微软量子超级计算机路线图

当组织能够利用量子超级计算机精准设计新的化学品和材料时，这将意味着最终突破的到来。我们的行业将会经历类似于20世纪经典超级计算机的发展轨迹。从真空管到晶体管，再到集成电路，基础技术的进步将带来规模和影响上的提升。

随着微软在量子超级计算上的进展，量子硬件将分为三个量子计算实现级别：

第一级 - 基础级：在噪声物理量子比特上运行的量子系统，包括当今的噪声中间规模量子（NISQ）计算机。

第二级 - 韧性级：在可靠的逻辑量子比特上运行的量子系统。

第三级 - 规模级：可以解决现如今最强大的超级计算机也无法解决的问题，实现量子超级计算机。

要达到规模级，需要基础物理学上的突破。微软已经实现了这一突破，并在美国物理学会的期刊上发表了经同行评审的数据。

这意味着微软已经实现了通往量子超级计算机的第一个里程碑。我们现在能够创建和控制马约拉纳准粒子。凭借这一成就，我们正在向构建一种新的受硬件保护的量子比特的目标迈进。有了它，我们可以设计出可靠的逻辑量子比特，达到韧性级，并逐步进展至规模级。

量子超级计算机将能够解决经典计算机无法解决的问题，并能够扩展以解决世界上最复杂的问题。为了实现这一目标，它必须具备高性能和可靠性。客户需要了解量子系统在解决实际问题方面的能力，从机器到网络开销都是需考量的范畴。这就是为什么衡量超级计算机不能仅仅依靠物理或逻辑量子比特的计数。

为了解超级计算机的性能，我们需要一种新的度量标准。因此，我们提供了可靠的每秒量子操作数（rQOPS）的度量标准，它衡量了在一秒钟内可以执行多少个可靠操作。该标准考虑到整个系统的性能，而不仅仅是量子比特的性能，因此可以确保算法能够正确运行。

量子计算领域尚未超越 NISQ 时代，因此，当今的量子计算机都处于第一级，并且其可靠的每秒量子操作数（rQOPS）为零。第一台量子超级计算机将至少需要100万的 rQOPS，并且将扩展到超过10亿的量级，以解决具有重大影响的化学和材料科学问题。

共同加速科学创见

任何创新技术的出现，都需要持续规划并减轻风险。微软的人工智能基本原则同样适用于量子领域。在开发 Azure Quantum Elements 这样的新服务、设计我们的第一台量子超级计算机时，微软将采用更严格的措施，并在整个过程中纳入反馈意见。

微软也正在为量子安全的未来做准备。微软拥有全面的计划，确保我们的所有服务保持安全，并与客户和行业合作伙伴一起支持这一重要的转变。

我们面临着巨大的机遇。科学家和企业将革新日常产品的基础，引领创新和经济增长的新时代。我们期待共同努力，将未来250年的化学和材料科学发展提前至未来的25年之内。