（本文翻譯自微軟全球技術博客）

近期，微軟宣布了 Azure Quantum 的新進展，這將進一步加速科學創見的步伐。

從鐵器時代農業生產方式的革新，到“硅器時代”溝通方式的根本性變革，新材料的出現作為社會進步的拐點，將對諸多行業領域產生深遠影響。例如，交通運輸業制造出更高效、強大的電池；制藥研究人員能夠研制新藥；化學行業將能夠為我們日常使用的產品，如電子產品、涂料和紡織品，提供更安全、更可持續的化合物。最重要的是，科學家將能夠攻克亟待解決的社會挑戰，如逆轉氣候變化、解決糧食安全問題。

然而，從自然界中獲取洞見并非易事。針對分子的最復雜量子態的精確計算顯示，僅僅100個電子的能級數就可能超過可見宇宙中的原子數。

隨著新一代人工智能的演進，先進的人工智能模型正在與我們的通用用戶界面（自然語言）以及自然界的基礎語言——化學相結合，從而引領我們走入科學發現的新時代。

而這只是第一步，更大的轉變即將到來：量子超級計算。

現在，創新者可以開始嘗試在 Azure Quantum 上使用先進的量子硬件，并做好準備利用量子超級計算機解決更加復雜的問題。我們正在快速迎接新時代，助力科學家和企業解決以往難以解決的問題、推動增長和人類進步。

以下是 Azure Quantum 的三項進展——

AzureQuantumElements

Azure Quantum Elements 通過集成高性能計算（HPC）、人工智能和量子計算的最新突破，加速科學創見。

借助 Azure Quantum Elements，科學家和產品開發人員可以：

縮減產品上市的時間和成本。通過加速研發流程，更快地將創新產品推向市場。從項目啟動到解決方案落地，一些客戶的實現時間縮短了6個月到1周。

顯著增加尋找新材料的搜索空間，從數千個可選項擴展到數千萬個。

將某些化學模擬加速50萬倍，相當于將1年的時間壓縮到1分鐘。

為規模化量子計算做好準備。利用人工智能和高性能計算解決量子化學問題，以及在現有的量子硬件上進行實驗，并在未來享有微軟量子超級計算機的優先訪問權。

利用這一全面的系統，研究人員可以以前所未有的規模、速度和精準度，在化學和材料科學領域獲取進展。

規模：科學家可以理解產品生產所需的復雜反應，尋找新的候選方案，并優化整個生產過程。例如，科學家現在可以使用 Azure Quantum Elements 在5萬個基本步驟組成的復雜反應中探索150萬個潛在配置。早期采用者已經利用這種「規模化」來尋找用于日常產品的更可持續替代品，或針對創新場景開發全新產品。

速度：Azure Quantum Elements 集成了微軟專門用于化學領域的 AI 模型加速模擬。我們基于人工智能的突破性技術開發了這些模型，通過數百萬個化學和材料數據點進行訓練。Copilot 理解人類的語言，Azure Quantum Elements 則可以理解自然界的語言——化學。

精準：如今，科學家正在使用獨特的人工智能模型和高性能計算規模來運行比以往更精準的模擬。Azure Quantum Elements 還整合了經典計算和量子計算，為實現更高的模擬準確性提供了通路。未來，科學家相信量子超級計算機將能夠實現比現在高100倍的化學設計預測準確性。

巴斯夫（BASF）、阿克蘇諾貝爾（AkzoNobel）、艾斯本（AspenTech）、莊信萬豐（Johnson Matthey）、SCGC 和1910 Genetics 等行業創新者已經采用了 Azure Quantum Elements 來改進研發工作。幾周后，Azure Quantum Elements 將發布私人預覽版，讓更多人加入「加速科學洞見」的行列。

AzureQuantum的智能副駕

Azure Quantum 中的智能副駕幫助科學家使用自然語言推理復雜的化學和材料科學問題。

借助這一智能副駕，科學家可以通過云超級計算、先進人工智能和量子技術完成復雜任務，并與現有工具進行整合。它可以生成底層計算和模擬、查詢和可視化數據、獲取復雜概念的指導性答案。正如微軟其它產品中的 Copilot 一樣，改變軟件開發、提高生產力和搜索能力。我們的愿景是通過 Azure Quantum 中的 Copilot 來改變和加速科學洞見，創建更安全和可持續的產品，加速藥物研發，乃至解決全球性的緊迫挑戰。

Copilot 還可以幫助人們了解量子計算，并為現有的量子計算機編寫代碼。它提供了一個完全集成的、基于瀏覽器的體驗，內置了代碼編輯器、量子模擬器和無縫的代碼編譯，可以免費試用。Copilot 將使復雜的事物變得更易于管理，助力更多人探索量子、化學和材料科學，并將這些變革性領域更加緊密地聯系在一起。

微軟量子超級計算機路線圖

當組織能夠利用量子超級計算機精準設計新的化學品和材料時，這將意味著最終突破的到來。我們的行業將會經歷類似于20世紀經典超級計算機的發展軌跡。從真空管到晶體管，再到集成電路，基礎技術的進步將帶來規模和影響上的提升。

隨著微軟在量子超級計算上的進展，量子硬件將分為三個量子計算實現級別：

第一級 - 基礎級：在噪聲物理量子比特上運行的量子系統，包括當今的噪聲中間規模量子（NISQ）計算機。

第二級 - 韌性級：在可靠的邏輯量子比特上運行的量子系統。

第三級 - 規模級：可以解決現如今最強大的超級計算機也無法解決的問題，實現量子超級計算機。

要達到規模級，需要基礎物理學上的突破。微軟已經實現了這一突破，并在美國物理學會的期刊上發表了經同行評審的數據。

這意味著微軟已經實現了通往量子超級計算機的第一個里程碑。我們現在能夠創建和控制馬約拉納準粒子。憑借這一成就，我們正在向構建一種新的受硬件保護的量子比特的目標邁進。有了它，我們可以設計出可靠的邏輯量子比特，達到韌性級，并逐步進展至規模級。

量子超級計算機將能夠解決經典計算機無法解決的問題，并能夠擴展以解決世界上最復雜的問題。為了實現這一目標，它必須具備高性能和可靠性。客戶需要了解量子系統在解決實際問題方面的能力，從機器到網絡開銷都是需考量的范疇。這就是為什么衡量超級計算機不能僅僅依靠物理或邏輯量子比特的計數。

為了解超級計算機的性能，我們需要一種新的度量標準。因此，我們提供了可靠的每秒量子操作數（rQOPS）的度量標準，它衡量了在一秒鐘內可以執行多少個可靠操作。該標準考慮到整個系統的性能，而不僅僅是量子比特的性能，因此可以確保算法能夠正確運行。

量子計算領域尚未超越 NISQ 時代，因此，當今的量子計算機都處于第一級，并且其可靠的每秒量子操作數（rQOPS）為零。第一臺量子超級計算機將至少需要100萬的 rQOPS，并且將擴展到超過10億的量級，以解決具有重大影響的化學和材料科學問題。

共同加速科學創見

任何創新技術的出現，都需要持續規劃并減輕風險。微軟的人工智能基本原則同樣適用于量子領域。在開發 Azure Quantum Elements 這樣的新服務、設計我們的第一臺量子超級計算機時，微軟將采用更嚴格的措施，并在整個過程中納入反饋意見。

微軟也正在為量子安全的未來做準備。微軟擁有全面的計劃，確保我們的所有服務保持安全，并與客戶和行業合作伙伴一起支持這一重要的轉變。

我們面臨著巨大的機遇。科學家和企業將革新日常產品的基礎，引領創新和經濟增長的新時代。我們期待共同努力，將未來250年的化學和材料科學發展提前至未來的25年之內。