华为发布量子计算云平台HiQ 2.0,首推一站式VQE量子化学模拟云服务

日前,华为在HUAWEI CONNECT 2019发布了HUAWEI HiQ 2.0量子计算软件解决方案,对外提供量子计算高性能模拟服务。相比于HiQ 1.0,2.0版本推出业界首个一站式量子化学应用云服务及对应的软件包 HiQ Fermion,并新增云端脉冲优化设计服务及对应的HiQ Pulse软件包,大幅提升了量子计算模拟器的性能,拓展了量子计算编程框架的多个功能,构建了业界领先的量子计算编程框架和模拟器云服务。

本次发布的技术涵盖了从底层硬件控制优化、量子编程框架和模拟器性能优化到量子化学软件开发,给用户、开发者提供全栈量子编程体验。

同时,HiQ模拟器已经在Github上开源发布(https://github.com/Huawei-HiQ/HiQsimulator),希望同广大开发者和用户共同推进量子计算软件的开源生态。

量子化学是业界认为有望在近期量子计算芯片上得以应用的领域。华为HiQ 2.0推出业界首个一站式VQE(variational quantum eigensolver)量子化学模拟云服务,助力量子化学应用研究。通过华为自研的算法优化、线路压缩等核心技术,HiQ Fermion可实现量子电路参数降低80%,线路深度压缩70%,运行速度提高1600倍以上,并在华为云上实现了目前业界最大规模的VQE量子化学模拟。华为推出的HiQ量子化学模拟云服务,将助力量子计算开发者在药物、能源、材料等领域拓展应用场景。

实现量子化学等潜在量子计算应用,一方面需要设计更好的量子芯片,另一方面,需要开发速度更快、精度更好、噪声更小的可拓展量子测控系统。为此,HiQ 2.0新增量子芯片调控模块HiQ Pulse,包含了量子最优控制算法和脉冲库,为量子计算开发者提供云端快速优化设计的调控解决方案。相对于主流开源软件,HiQ Pulse算法库内的优化控制算法实现了大幅度的性能提升。例如,GRAPE(gradient-ascent pulse engineering)算法相对业界常用的开源软件实现了至少3倍的速度提升,内存开销减少两个数量级。配合在线编程和简易的图形化界面,量子优化控制模块HiQ Pulse将极大的促进量子计算开发者在近期中等规模含噪量子计算体系上,研发更高保真度的量子门操作方案,探索各种量子算法的实现以及协同量子软硬件系统设计。

量子电路模拟和量子编程框架是量子软件开发、算法探索和硬件设计等的重要使能工具,对于孵化量子计算应用非常关键。HiQ 2.0在量子电路模拟器模块新增噪声模拟、高性能张量网络优化算法的全振幅模拟器和多振幅模拟器,并优化了单振幅模拟器,性能提升8倍以上。量子编程框架新增mapper功能,升级编程GUI(graphic user interface),上线BlockUI功能,以方便开发者使用。这些新特性和性能改进,将助力硬件和算法研究人员在模拟器上模拟真实的含噪量子计算过程,加速软硬件协同开发。

在本次HUAWEI CONNECT 2019大会期间,华为对开发者大赛量子计算赛道决赛的获奖选手进行颁奖。此次大赛是国内首次大型量子编程开发大赛,共有来自国内外59所大学、研究所和11个企事业单位的189名选手报名参赛,最终有6支队伍共计18人晋级决赛。参赛选手主要运用华为HiQ云平台解决量子计算中具有挑战性的实际问题,提出新算法并编程实现。

会议资料下载链接:https://e.huawei.com/cn/material/event/HC/9c3834a304de4238be12a90aadc68a6c

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华为机构

华为成立于1987年,是全球领先的ICT(信息与通信)基础设施和智能终端提供商。华为的主要业务分布在无线、网络、软件、服务器、云计算、人工智能与大数据、安全、智能终端等领域,发布了5G端到端解决方案、智简网络、软件平台、面向行业的云解决方案、EI企业智能平台、新一代FusionServer V5服务器、HUAWEI Mate等系列智能手机、麒麟系列AI芯片等产品。目前华为拥有18万员工,36所联合创新中心,14所研究院/所/室,业务遍及170多个国家和地区。

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参数技术

在数学和统计学裡,参数(英语:parameter)是使用通用变量来建立函数和变量之间关系(当这种关系很难用方程来阐述时)的一个数量。

张量技术

张量是一个可用来表示在一些矢量、标量和其他张量之间的线性关系的多线性函数,这些线性关系的基本例子有内积、外积、线性映射以及笛卡儿积。其坐标在 维空间内,有 个分量的一种量,其中每个分量都是坐标的函数,而在坐标变换时,这些分量也依照某些规则作线性变换。称为该张量的秩或阶(与矩阵的秩和阶均无关系)。 在数学里,张量是一种几何实体,或者说广义上的“数量”。张量概念包括标量、矢量和线性算子。张量可以用坐标系统来表达,记作标量的数组,但它是定义为“不依赖于参照系的选择的”。张量在物理和工程学中很重要。例如在扩散张量成像中,表达器官对于水的在各个方向的微分透性的张量可以用来产生大脑的扫描图。工程上最重要的例子可能就是应力张量和应变张量了,它们都是二阶张量,对于一般线性材料他们之间的关系由一个四阶弹性张量来决定。

张量网络技术

简单来说,张量网络是通过收缩连接的可数的张量集合。“张量网络方法”是指整个相关领域的工具,在现代量子信息科学、凝聚态物理学、数学和计算机科学中经常使用。

最优控制技术

最优控制是指在给定的约束条件下,寻求一个控制,使给定的系统性能指标达到极大值(或极小值)。它反映了系统有序结构向更高水平发展的必然要求。它属于最优化的范畴,与最优化有着共同的性质和理论基础。对于给定初始状态的系统,如果控制因素是时间的函数,没有系统状态反馈,称为开环最优控制,如果控制信号为系统状态及系统参数或其环境的函数,称为自适应控制。

深度压缩技术

韩松等人提出的深度压缩(Deep Compression)由剪枝、量化训练和可变长度编码(variable-length coding)组成,它可以压缩深度神经网络数个量级而没有什么预测准确度损失。「深度压缩」是一种三阶段流程,它可以在保留原始准确度的情况下减小深度神经网络的模型大小。

量子计算技术

量子计算结合了过去半个世纪以来两个最大的技术变革:信息技术和量子力学。如果我们使用量子力学的规则替换二进制逻辑来计算,某些难以攻克的计算任务将得到解决。追求通用量子计算机的一个重要目标是确定当前经典计算机无法承载的最小复杂度的计算任务。该交叉点被称为「量子霸权」边界,是在通向更强大和有用的计算技术的关键一步。

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