华为在量子计算领域取得最新进展

全联接大会最后一天（12日），华为公布了在量子计算领域的最新进展：量子计算模拟器HiQ云服务平台问世，平台包括HiQ量子计算模拟器与基于模拟器开发的HiQ量子编程框架两个部分，这是这家公司在量子计算基础研究层面迈出的第一步。

量子计算模拟器HiQ云服务平台是华为数据中心技术实验室的作品，华为量子计算软件与算法首席科学家翁文康详细介绍了这个平台的参数。

华为量子计算软件与算法首席科学家翁文康

翁文康是量子计算领域知名专家，曾任南方科技大学量子计算研究所副所长，于上月正式加入2012实验室。加入华为后，翁文康带领团队专注量子计算基础研究，重点在量子算法、量子人工智能、量子模拟等领域进行创新和突破。

HiQ量子计算模拟器服务：模拟42量子比特电路 。华为已经注意到量子计算的巨大潜力，并且量子计算的研究进入了工程化阶段。

翁文康在华为全联接大会上发布的量子计算模拟器HiQ云服务平台，可用于量子电路的仿真和调测、量子算法的研究和创新、应用软件的开发和验证等。该平台将来还会综合最新的量子技术，集成和利用相关ICT技术。

平台的主要组成部分HiQ量子计算模拟器和HiQ编程框架主要结构如下。

首先是HiQ量子计算模拟器。华为HiQ量子计算模拟器是基于华为云强大的计算基础设施，采用分布式架构、算法优化创新，克服了全振幅模拟器对内存容量和网络宽带时延的挑战。

模拟器又包含了三个重要组成部分：

分布式全振幅量子线路模拟器：云上最大可提供42量子比特模拟服务；

分布式单振幅量子线路模拟器：云上最大可提供169量子比特模拟服务；

首个量子纠错电路模拟器云服务：可模拟数十万级量子比特电路，性能优于同类开源模拟器CHP的5-15倍。

全振幅量子线路模拟器与单振幅量子线路模拟器的主要区别在于，全振幅一次模拟计算就能算出量子态的所有振幅，单振幅一次模拟计算只能计算出2的N次方振幅中的一个，因此前者的实现难度更大，基本上都通过超算实现，下表是内存开销和网络开销随着量子比特数呈指数增长的示意图：

一般而言，全振幅模拟器模拟50个量子比特的话，需要的16PB的内存，这样的开销是普通云服务不能承受的。于是华为HiQ全振幅量子线路模拟器做了4点创新：

1、高性能分布式内存计算框架；

2、最优化量子门调度和融合算法；

3、优化量子门操作算法；

4、华为云计算软硬件优化。

以上四点实现了云上最大的42量子比特全振幅线路模拟云服务。学术界目前全振幅模拟器最大可模拟到49量子比特，是基于世界最大的超算的模拟结果，但是没有对外提供云服务。而对于单振幅量子线路模拟器，业界已经有相关的研究成果，包括阿里巴巴量子实验室施尧耘团队在今年上半年研制出的量子电路模拟器“太章”。

“ 太章”成功模拟了81（9x9）比特40层的作为基准的谷歌随机量子电路，并且还模拟成功了144比特27层（12x12x27）的随机量子电路。华为的分布式单振幅量子线路模拟器，在云上最大可提供169量子比特模拟服务（20层）。

单振幅量子线路模拟器

最后是华为的量子纠错电路模拟器。纠错电路是量子纠错算法对应的电路，对未来的通用容错量子计算机非常关键，其模拟器可以做更多有针对性的优化，可用于纠错码编解码器的设计。华为量子计算模拟器首次集成纠错量子电路模拟，可以实现数十万量级量子比特的纠错电路模拟，性能是同类模拟器的5-15倍。

此外，翁文康还发布了华为昆仑量子计算模拟一体机原型，包括昆仑服务器、HiQ模拟器和编程框架三部分。

不过，一体机原型的能力相对HiQ云服务还是逊色了一些，新智元做了张对比图：

HiQ量子编程框架支持10余算法，兼容ProjectQ。华为量子计算模拟器HiQ云服务平台的另一个重要部分是基于模拟器开发的编程框架—HiQ量子编程框架。

该编程框架新增两个图形用户界面量子电路编排GUI（Graphical User Interface）与混合编排BlockUI（Block User Interface），使经典-量子混合编程更加简单和直观。

同时，HiQ量子编程框架还兼容开源框架ProjectQ，允许用户在Python中实现量子程序。在算法层面，HiQ量子算法库已经有10多种重要基础算法，后期还会进一步丰富。

此外，HiQ云服务平台已经在和全球10多家机构、高校等团体合作，未来将通过量子云服务和开源项目使能量子算法、软件、硬件设计优化、应用研究和开发。

华为量子计算终极目标：做量子计算机。华为做量子计算的消息传闻已久，目前能查到的最早报道出现在2012年，当时有报道称华为成立量子技术基础研究实验室，专门从事量子计算和量子通信技术的基础研究。

2015年初，华为的一则招聘启事被曝光，当年计划在主要高校计算机专业招聘量子专业博士，启动量子技术与未来ICT产业的契合点研究。

“2012”这个数字正好和华为的内部象牙塔2012实验室碰巧重合（2012实验室成立于2011年）。

2012实验室是华为的纯研发部门，主要面向未来的研究创新和对业务线产品的开发投资，分为中央研究院、中央软件院、海思半导体等二级部门，翁文康所在的数据中心技术实验室就隶属于2012实验室的中央研究院。

欧盟委员会发布的“2017全球企业研发投入排行”中，华为去年的研发投入高达104亿欧元，居中国第一、全球第六，超越苹果。而在研发投入中，量子计算基础研究是重要的一项内容。翁文康在接受专访时表示，华为做量子计算会瞄准通用量子计算机，以此带动量子科技的进步，终极目标是把量子计算机做出来，但是对于通用量子计算机目前还没有时间表，而对在不长时间内研发出专用的量子计算机则很有信心。