光子盒-量子计算系列报告-云平台

年8月量子计算系列报告QuantumComputingSeriesReport量子计算云平台——量子时代的必然趋势i黑黑 编者序 iii 1本概念 1的开发背景 1子计算云平台的优势 2平台服务 5类型 5 6 8 8平台 16比 26对比 26价格对比 27前景 30发展方向 30市场规模预测 31 黑图表目录黑图表目录 mposer ab antumInspire lds 表目录1IBM已发布的量子计算模拟器对比 7表2量子云平台/模拟器首次发布时间 243国内外量子云平台比较 26本源量子云平台量子计算模拟器价目表 285微软AzureQuantum价目表 28AmazonBraket目表 28AmazonBraket机价目表 29黑编者序黑编者序m“量子云平台未来发展方向”等问题。黑光子盒简介黑光子盒简介Conference)上，爱因斯坦在其与玻尔的争论(Bohr-Einsteindebate)中提出的一项光子盒实验(photon-boxexperiment)。技领域的专题报告，并且为10余家中国量子科技领军企业提供量子行业咨询和数2021年5月，光子盒作为协办方，与主办方中国电子科技集团公司电子科发展战略安徽研究院，在安徽合肥成功举办了“2021中国量子科技产业‘双循v黑声明黑声明wangsy@)1黑量子计算云平台概述黑量子计算云平台概述法机子计算研究有极大地推动作用。量子云平台好比连接量子计算机和用户之间的桥梁——用户使用经典计算2QuantumSystemOne的量子云平台IBMQuantumExperience面世，量子计算向信息与量子科技创新研究院(上海)(简称量子创新研究院)于“2017杭州·云云平台的上线也为我国的广大量子研究人员和爱好者提供了基于真实量子计算机Amazon和优质的商业资源使其量子云平台可接入Honeywell、IonQ、东芝、Quantum亚马逊提供的量子云平台，用户可以接入D-Wave(量子退火)、IonQ(离子阱)和Rigetti(超导)的量子计算硬件。三、量子计算云平台的优势杂程度进行资源分配，这种服务形式被成为量子即服务(QuantumasaService，3将量子资源部署在云平台上较一般的本地部署(On-Premises)而言在如下方4未来的量子计算竞争提高自身的“量子软实力”。5黑量子计算云平台服务黑量子计算云平台服务一、量子计算云平台服务类型服务的类型不同将量子云平台提供的服务细分为量子基础设施即服务(QuantumQ-PaaS)和量子软件即服务(QuantumSoftwareasaService，Q-SaaS)三种1。部aaSQSaaSIBMQSaaS云平台QQSaaS云平台QPaaS云平台Q-IaaS云平台量子计算机虚拟机Q-IaaS是指把量子计算机的硬件及配套设施作为服务来在量子云平台上提供给用户。对于提供Q-IaaS类服务的量子云平台，用户可以通过量子云平台调主Q-PaaS是指将量子计算机的基础设施与中间件组成的开发平台作为服务来1来源：量子云计算发展态势研究报告(2020)，中国信通院6QPaaS的量子云平台是数量最少的，这是因为它既不能彻能够内的用需应求，QSaaS类型的服务则可以绕过这些人力与技术难关。预计在未来随着量子开二、量子计算模拟器7目前各类量子云平台提供的真实量子计算从几量子比特到十几量子比特不上千量子比特不等。如IBM提供了5,000量子比特的可以用作噪声模拟的simulator_stabilizer和100量子比特的可以用来模拟量子弱纠缠的simulator_mpsGoogle高性能开源量子电路模拟器Qsim已证明能在111秒内在一个谷歌云节点中以14栅极深度模拟一个32量子比特量子电路。AmazonBraket提供完全托管的高性能模拟器Atos量子机器学习机(AtosQLM)被称为世界上性能最好的商用量子模IBM子计算模拟器对比orrwavefunctiontorstatevector是rrdorstabilizerExtendedstabilizerExtendedClifford(e.g.,Clifford+T)torextendedstabilizer否atrixProductStateormps否neralcontextawarebmqqasmsimulator是IBMQuantumSimulators2尽管量子计算模拟器的发展给量子计算机的软件与算法的研发提供了极大算法，同时较高的能源消耗也在一定程度上限制了各平台量子计算模拟器算力的无限/lab/docs/iql/manage/simulator/index8黑量子计算云平台现状黑量子计算云平台现状2016年5月，IBM推出了量子计算云平台IBMQuantumExperience，用户IBM量。ceBMComposer功能可构建比以往复杂的量子电路，然后在模拟器和IBMQuantume路变化5。2020年8月至2021年3月，IBM多次更新云平台，增加了q-sphereview、phasedisk、电路执行过程中测量和批量处理量子门等功能6。了IBMQuantumExperience。IBMQuantumComposer是一个图形化的量子它3/2016-05-03-IBM-Makes-Quantum-Computing-Available-on-IBM-Cloud-to-Accelerate-Innovation4Qiskit是一个用于编程量子计算机的开源框架。5/blogs/research/2019/05/next-gen-ibmqx/6/notifications?type=Product%20Update9AdvanceAccess数量和容量的开放和附加系统的特定用户；MtumComposerntumLab7/quantum-computing/services/8/composer/files/new9/lab/files/Untitled.ipynbNISQ(具有约50-100个量子比特和高保真量子门的设备)的开源框架。10Cirq用于编写、操作和优化量子电路，然后在量子计算机和量子模拟器上运可访问位于加州圣巴巴拉的谷歌量子计算实验室的量子处理器(54量子比特的Forest量子编程框架作为支持12。30倍13。9年12月，Rigetti加入AWSPartnerNetwork(AWS合作伙伴网络，简称APN)与Amazon合作，通过Braket量子计算机向客户开放14。2020年8月，Rigetti与AmazonBraket合作，每个AWS客户都可以访问QuTech是由TNO(荷兰应用科学研究组织)和荷兰代尔夫特理工大学共同10/2018/07/announcing-cirq-open-source-framework.html11https://quantumai.google/cirq/google/concepts#quantum_programs12/sites/alexknapp/2018/09/07/rigetti-computing-takes-small-step-toward-cloud-services-in-big-leap-for-quantum-computing/?sh=306f069b650313/rigetti/quantum-cloud-services-opens-in-public-beta-31989e15e36e14/news-releases/rigetti-quantum-computers-now-available-via-amazon-web-services-300967559.html15/rigetti/rigetti-aspen-8-on-aws-236d9dc11613itorQuantumInspiretransmon量子比特的5量子比特处理器)18、Spin-219(基于硅自旋量子比特的2量子比特处理器)和QX-single-nodesimulator(单模式模拟器)和QX-34-L(可Inspire使每个人都可以使用量子计算机，并且是世界上第一个使用由可扩展的0图4QuantumInspire用户操作界面16https://qutech.nl/2018/09/10/go-quantum-computing-quantum-inspire/17Starmon-5量子处理器由X配置的五个超导transmon量子比特组成。每个transmon有多达七个端口：控制线、一条用于两量子比特门的18/backends/starmon-5/19Spin-2量子处理器在同位素纯化的Si-28中的双量子点中具有两个单电子自旋量子比特。它结合了高保真操作和长相干时间。它的纳米级尺寸和与标准半导体技术的兼容性使其成为未来扩展到大量量子比特的20https://qutech.nl/2020/04/20/minister-ingrid-van-engelshoven-and-european-commissioner-mariya-gabriel-launch-europes-first-quantum-computer-in-the-cloud-quantum-inspire/21/projects2020年5月，微软推出了面向特定客户的AzureQuantum预览版23。eQuantumIsing24。统可以访问IonQ、HoneywellQuantumSolutions、QuantumCircuits的量子计算PTQMC)的基础上，又增加了另外两种算法：次随机蒙特卡罗(SSMC)和群体退火(PA)26。PythonSDK集成，开发人员可以使用他们熟悉的工具来体验AzureQuantum生态系统并与之交互；2、开发人员将可以从JupyterNotebooks中免费访问Azure在当今可用的硬件系统上运行27。httpswwwforbescomsitesmartingiles4/microsoft-cloud-computing-and-quantum-computers/?sh=679d57e423/quantum/2020/05/19/azure-quantum-preview-new-developer-training-learning-tools/24/quantum/2020/09/22/toshiba-joins-azure-quantum-network-machine-solving-large-combinatorial-optimization-problems/25/en-us/services/quantum/#features26/quantum/2021/06/17/new-solvers-further-enhance-the-azure-quantum-optimization-offering/27/quantum/2021/07/09/announcing-azure-quantum-credits-and-new-development-capabilities/的模拟器来测试、排查和运行该算法。接着，用户可以在D-Wave(量子退火)、IonQ(离子阱)、Rigetti(超导)三家公司提供的量子计算机上运行算法。最后，图5AmazonBraket工作原理在托管的在托管的JupyterNotebooks上或自己开发的环境中构建量子算法用户在其选择的量子计算机上运行结合经典和量子计算资源的混合算法在算法完成后分析结果AmazonBraket开始量子计算在本地模拟器或选择完全管理的高性能模拟器上测试算法编码示例、教育资源和知识库文章30；2000Q31。云服务API实时云访问D-Wave的2000Q量子处理器，客户和开发人员将能够DWaveAmazonBraket子应用程序32。2020年2月，Leap正式升级为Leap2，旨在帮助企业和开发人员从量子探28/cn/about-aws/whats-new/2019/12/introducing-amazon-braket/29/cn/braket/30/company/newsroom/media-coverage/ieee-spectrum-d-wave-launches-free-quantum-cloud-service/31/press-releases/d-wave-announces-first-european-leap-quantum-cloud-site32/company/newsroom/press-release/d-wave-expands-leap-api-into-amazon-braket/混合求解器和量子应用环境34。人员和企业可以通过Leap实时访问D-Wave的Advantage量子计算机、混合量子/经典求解器和量子应用环境35。p33/company/newsroom/media-coverage/techcrunch-d-wave-launches-leap-2-the-next-version-of-its-quantum-cloud-service/34/company/newsroom/press-release/d-wave-expands-leap-quantum-cloud-service-to-india-and-australia/35/press-releases/d-wave-introduces-leap-quantum-cloud-service-singapore36/hc/en-us/articles/360051869733-From-What-Countries-Can-I-Access-LeapXanadu子软件平台Strawberry程序使用不同的逻辑门组合，并具有不同的近期商业应用。StrawberryFields支持最多10光量子比特的计算37，有Fock、Gaussian和Fock(Tensorflow)三种yFields37Xanadu发布之日宣称StrawberryFields接入了8量子比特和12量子比特芯片，但目前网站免费可使用https://strawberryfields.ai/interactive/二、国内量子计算云平台2021年4月，量子计算云平台进行了系统切换，量子创新研究院联合济南原型机升级至12比特40。面39/tech/2018-02/23/c_1122442280.htm40/2021/0420/c20522a481291/page.htm41/AboutUs器选择付费体验42/56/64量子比特量子计算模拟器。2020年9月，本源完全自主开发的超导量子计算云平台正式向全球用户开比特超导量子处理器夸父KFC6-130)的访问。Beta。ECT计算模拟器HiQ云服务平台，搭载量子线路模拟器和基于模拟器开发的量子编/quantumVm/5/081量子比特以上，对于低深度电路的单振幅可模拟169量子比特43。T方案HiQ2.0，相较于此前发布的HiQ1.0，HiQ2.0推出了业界首个一站式量子HiQFermion端脉冲优化设计服务及对HiQPulse计算编程框架的多个功能44。HiQPulse块，使得HiQ系统功能更完善、性能更优越，可适配更多应CloudQuantumDevelopmentPlatform，ACQDP)，并公开量子计算模拟器“太章ACQDP未来的发展方向如下：根据目标电路的规模，加强模拟器的能力，43/cn/news/2018/10/huawei-hiq-cloud-service-platform44/post/954845/post/1251646/quantum/5285/a1148524.html47/alibaba/acqdp所，致力于广泛开展量子技术储备、信息技术应用研究，重点进行量子人工智能(QuantumAI)，量子算法(Quantumalgorithm)和量子架构(Quantumarchitecture)的研发，合称为QAAA规划。目前已经初步建成由量脉(Quanlse)48、量桨49(PaddleQuantum)以及量易伏(QuantumLeaf)三大项目为主体的百度量子平台，旨在提供全面的QaaS50。易伏为用户提供了四种方式进行量子计算实验，其中QComput支持本地运行和量脉：是连接量子软硬件的桥梁，基于量脉开源的软件开发工具包，可以自动、高效地实现对量子电AI台，支持量子神经网络的搭建与训练，子机器学习开发套件与量子优化、量子化学等前言量子应用工具集/https//zt/activity/index?fit=1&id=678/services开放控制层的核磁共振云平台PCloudQ平台(简称PCQ)，具有四个量子比特，CNOTSWAP外，PCQ还开放了底层控制层，探索量子现象的需求54。计53/quickGuide#54/aboutUs算机(双子座)，可为量子计算领域的兴趣爱好者提供充足的机时。55。)子云平台旨在推动实2021年5月，北京量子院量子计算研究部第一代超导量子计算云平台正式，对大众全面开放57。55/aboutUs56/#/gemini57/s/j51uE_kGq3tt4M932dvVFw户可访问10量子比特的量子处理器。为QtVM的计算机服务器的模拟器，它可以运行多达34个量子比特的量子计算。量子汇编语言QASM可以应用于ScQ.Cloud60。58/#/superconductor59/s/KnsEjyfs9Aa93Fr1yiW38g60/图13ScQ.Cloud用户操作界面昆冈量子计算(模拟)云平台1.0版本。包括远程调用接口API与基于网页的免费开放36量子比特的模拟能力；一体化集成的经典量子混合编程框架，向量扩展性，可以根据需要支持不同级别的备份及容灾62。2021年6月，昆昇量子设计服务云平台(QDAP)Alpha版正式发布上线。61/scq.php62/s/iIVI_pbz9N55F9MntMRLKw。IBM是最早发布商业化量子云平台的公司，而且随后不断进行升级和拓展表2量子云平台/模拟器首次发布时间云平台/模拟器1.09光子学中心Qcloud量子模拟器652.05IBMQuantumExpeirence0NMRCloudQ6.07Criq(开源框架)7.09RigettiQuantumCloudService8.09QuTechQuantumInspire9.10avep.10.11udQ.09.11AzureQuantum63/s/SqH6wYxy6FD9oo0tZcMnCw64/#/quantumlist65http://www.bris.ac.uk/news/2013/9720.html.12aket.04TSCCE66.09XanaduXanaduQuantumCloud.09.12.02StrangeworksQ67.03Sandia实验室QSCOUT68.05平台.0566https://www.aqt.eu/hqs/67目前仅开放模拟器，硬件尚未开放。/signupquantumProjectsQSCOUThtml黑量子计算云平台的对比黑量子计算云平台的对比一、量子计算云平台配置对比平台比较IBMQuantumComposer&LabQuantumInspire问是是是600是否是是是否是是能是是是否量0是是是是否q-sphere[6]phasedisk否是是是无无无[1]每个用户初始具有200积分，每次实验(不超过12bit)消耗一个积分，优秀实验可奖励积分；[2]真实量子计算后端的量子比特数；[4]指具有30qubits以上的全振幅输出量子计算模拟器；s[7]只显示频