量子計算

陳婉婉

量子云平臺的公布是量子計算從較低成熟度的科學研究水平向更高技術成熟度的工程實現的一個標志。

量子力學的理論自誕生到現在已經100多年，近年來全球關于量子的科學技術不斷突破，量子時代離我們越來越近。量子計算，正是這奇偉瑰怪的量子世界的主角之一。

9月12日，國內首個超導量子計算云平臺在合肥上線。該平臺基于超導量子計算機“悟源”，向全球用戶提供真實的量子計算云服務。量子計算作為下一代信息技術的核心，有望幫助人類超越經典技術的瓶頸，實現遠超當前的算力飛躍。

量子計算機是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。當某個裝置處理和計算的是量子信息、運行的是量子算法時，它就是量子計算機。2019年9月，谷歌基于53比特量子計算機證明了量子優越性，量子計算機的發展受到社會各界的重視。目前致力實現量子計算機商業化的公司，除了國外的谷歌、英特爾、IBM等科技巨頭，國內的本源量子、阿里云、華為等也都有自己的量子計算研究機構。“現在計算機處理信息所用的設備，都來源于量子力學的經典器件。而要處理量子信息，需要用量子力學的量子器件，它的性能遠遠超過現在的器件。因此，人類社會從經典信息技術時代跨越到量子信息技術時代，標志就是量子計算機?！敝袊茖W院院士、中國科學技術大學教授郭光燦認為，“什么時候通用量子計算機得到廣泛應用，什么時候我們社會就進入到了量子時代?！?/p>

坐落在合肥市高新區的本源量子，依托中國科學技術大學中科院量子信息重點實驗室，在量子計算領域擁有10多年的研發經驗與技術積累，致力于實現量子計算應用落地。9月12日發布的超導量子計算云平臺，便是基于本源量子自主研發的超導量子計算機——“悟源”，搭載6比特超導量子處理器夸父KF C6-130，保真度、相干時間等各項技術指標均達到國際先進水平，是一臺能夠脫離實驗室環境穩定運行的超導量子計算系統，也是國內率先實現工程化的量子計算機。

“此量子計算云平臺的推出，意味著我國量子計算機正走出實驗室?！北驹戳孔佣麻L孔偉成告訴記者。他認為，量子計算走出實驗室分為兩個階段：第一個階段是從科學研究到工程實現;第二個階段是從工程實現到產業落地。量子云平臺的公布是量子計算從較低成熟度的科學研究水平向更高技術成熟度的工程實現的一個標志。

據悉，為了讓量子計算技術走出實驗室，真正地服務人類社會，本源量子一直在努力推動我國量子計算機的工程化發展。2018年，本源量子推出國內首個量子計算機控制系統，成為全球第三個制造出該系統的商業公司。此次更是推出第二代32比特量子計算機控制系統，為下一步研制更高位數的量子計算機奠定了堅實基礎。

當前量子計算機仍需要嚴苛的運行環境與復雜的輔助設備，這些系統造價高昂，普通用戶很難接觸。為了讓更多的用戶體驗、學習、探索量子計算，國際主要的量子計算公司都開發了各自的量子云平臺，使用云技術連接用戶與真實的量子計算設備。

2016年，IBM公司率先研發出世界上第一個基于5位超導量子計算機的量子云平臺，之后便搭建了一套完整的量子計算機。目前，IBM已經有22臺公開的量子計算機，有23萬人次使用了量子計算機，其中包括100余家企業單位和科研機構。

在此前所開放的量子計算云平臺中，真正同IBM一樣能夠提供真實量子計算機服務的公司全世界范圍內有5家，但無一家中國公司。本源量子超導量子計算云平臺的上線打破了這一格局。

據介紹，本源量子在2017年推出了國內首個量子計算云平臺，此次正式接入“悟源”超導量子計算機，為用戶提供真實量子計算服務。目前，本源量子云是國內唯一一個向普通用戶提供真實量子計算服務的量子云平臺，填補了該領域的國內空白?！拔蛟础睂⑼ㄟ^本源量子云平臺，向用戶免費提供基于6比特真實超導量子芯片的計算服務。同時，為滿足普通用戶的體驗需求與專業用戶的開發需求，平臺提供了圖形化編程與代碼編程兩種量子計算在線編程方式?！半m然目前‘悟源的量子處理器只有6個比特，但就像小孩學走路，開始走路總是晃晃悠悠，以后一定能健步如飛?！惫鉅N說。據悉，本源量子已在研發下一代24比特超導量子芯片與量子計算機控制系統，預計將在明年底推出60比特的“悟源”超導量子計算機。

超導量子計算機“悟源”搭載了本源量子自主研發的超導6比特量子處理器——夸父 KF C6-130。該量子處理器采用“本源初代”架構，采取國際上成熟的一維鏈狀Xmon結構超導量子比特設計。利用十字電容和約瑟夫森結構建超導量子比特，通過“數據總線”實現一組超導量子比特的聯合讀取操作，近鄰之間通過電容耦合實現兩比特量子邏輯門。該處理器運行、操控、讀取功能穩定，保真度、相干時間等多項技術指標達到國際先進水平。

為了讓用戶更好地理解、使用本源超導量子計算云平臺，開發出更為多樣與實用的量子算法與量子程序，本源量子還推出了復雜網絡排序應用、手寫數字識別應用、用戶偏好行為預測應用這三款典型的量子計算編程應用。三款應用均基于目前成熟的量子算法，由本源量子團隊使用自主研發的量子編程框架QPanda與量子編程語言QRunes開發。其中，復雜網絡排序應用可以對復雜網絡節點進行重要性綜合評價，探究網絡影響力最大化問題;手寫數字識別應用通過量子神經網絡的模型構建實現線路的參數訓練;用戶偏好行為預測應用通過實現量子關聯規則挖掘算法，加速挖掘分析復雜關聯數據之間的內在聯系。

據介紹，本源量子將依托本源量子計算產業聯盟OQIA，整合上下游資源，為相關行業用戶提供量子計算機整機搭建、行業應用開發、量子軟硬件定制等服務，助力量子計算產業發展。

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◎ 來源|安徽日報