我國量子計算再次大突破，一文讀懂量子黑科技發布會詳情

「本源量子在以未來市場作為導向開展研發研究，而不是努力在印於論文上不可用的量子計算機上，儘管我們目前屬於跟跑狀態，但更著重於在將來實用化的這條路上走出第一步」。9月12日合肥本源量子計算機公司發布會現場，郭光燦院士認為，我國量子計算從0到1的道路上更需以應用為導向，而非論文研究，停留在實驗室。

在後摩爾時代，算力需求與日俱增，而受物理系統特性的限制，摩爾定律失效打破了人們對極致算力需求的期望。於是，人們將目光投向了量子計算。

近年來，量子計算系統陸續走出實驗室，時值2020年，全球百花齊放，無論是硬體還是軟體，超導、半導、離子阱、光量子等百家爭鳴，甚至量子計算作業系統都如約而至！

本源量子2020發布會上發布了基於真實超導晶片的量子計算雲平臺，這是中國初創量子公司發布的首個超導量子計算雲平臺，並開放給大眾使用，其後端搭載了6個真實物理量子比特。

重點發布產品

本次發布會主要包含三項產品：超導量子云平臺、第二代測控一體機和典型量子算法。當然，後面的兩項都是量子計算機系統的「準配件」，一切為量子計算機系統服務。

假設將整個量子計算機系統比喻為一個人，則後端的量子晶片（QPU）是大腦，量子云平臺是血肉，測控系統是骨，量子算法則是魂。獨立的全棧研發，無論是血肉還是骨，還是細到毛髮，都要一併研發或熟用。

本次發布的產品技術涵蓋了從底層硬體控制優化、雲平臺到量子應用算法的開發，其目的是給用戶、開發者提供簡單、易用、高效的全棧量子編程體驗，為量子計算產業化做準備。

下面介紹發布會的相關特性：

超導量子比特：量子計算機的「大腦」

在量子計算的研製過程中，最讓人矚目的是量子晶片的研製。

據發布方介紹，此次發布的雲平臺後端連接的是基於真實物理系統的的6-Qubit的超導量子晶片。

最早發布該技術棧產品的是美國公司IBM，起始於5量子比特，本源採用了不同的拓撲結構，所以起始時多了1個量子比特。

由該6-Qubit量子晶片組裝而成的量子計算機，被命名為「悟源」（尚未發布的另一臺基於半導工藝的被命名為「悟本」。）

兩個名字剛好取自本源，悟源中的「源（Y）」同時也取了超導約瑟夫森結中的「約（Y）」，而悟本則與半導體量子點中「半（B）」的首字母相同。合起來，超導、半導悟「本源」。

回到發布會主體上，這套量子計算機原型機「悟源」中，搭載了本源第一代超導量子晶片——夸父，它是由6個基於超導約瑟夫森結的超導量子比特構成的。

約瑟夫森結是一個尺寸不到1微米的微小器件，它具有一些特殊的量子力學性質，利用這些性質，就可以使用一對約瑟夫森結的組合，再額外加上一個電容結構，就構成了一個參數可控可調的超導量子比特。

夸父量子晶片必須要工作在接近絕對零度的極低溫環境下，才能夠達到預期的性能效果。前面動圖中演示的就是專為量子晶片提供可靠極低溫環境的製冷系統。

但遺憾的是，制冷機目前對中國而言是非常稀缺的，當下，制冷機被國外極少數幾家公司所壟斷。當然，後期國產的專用於量子計算機的制冷機相信也很快將會面世。

這裡，6-Qubit夸父晶片專門與IBM Q早期提供的晶片做了技術指標比對，從指標可以看出，核心指標上，都能夠跟進先進水平，相較之下，前途可期。

量子計算雲平臺：量子計算機的「血肉之軀」

之所以首發量子云平臺，是因為「血肉之軀」是最能讓用戶看見或觸摸的東西。

一般來說，人們無法直接走進實驗室去使用這些昂貴的設備，所以必須通過雲的方式遠程使用設備（中間連通信息交互的雲服務），量子計算雲平臺應運而生。

一款產品是否能獲得用戶的認識，「可視」與「可用」是人們第一感知產品的方式，這就是此次發布的主角：超導量子云平臺。

在雲平臺的整合下，連通了量子計算機系統與用戶端。

量子計算機中的量子測控系統的主要功能是接收用戶發送的程序指令，並將其轉化為脈衝，生成精準的脈衝序列。

脈衝序列打到量子晶片上，執行所需的運算，完成運算後，量子測控系統接收量子晶片返回的原始信號，轉化為程序執行結果，返還給用戶。利用本源量子云平臺，上述的量子計算機系統可以自動化運行。

發布會上，本源董事長孔偉成表示：「希望量子計算機走出實驗室，從科學研究到工程實現，從工程實現再到落地使用。但在此之前，產業化和商業化「關鍵」突破幾乎都是國外企業，而我們在突破這個「關鍵」。在突破的基礎上，希望未來讓量子計算變得和現階段的經典計算機一樣簡易。」

當然，呼應郭光燦院士開篇演講，他也提及所謂的「關鍵」，還是在於研究導向的問題，從0到1的時候，研究導向就直接關乎於結果。量子計算作為可商業化和落地的產品，必定向實用性方向邁進，其目的也是為了解決真實問題而生，而非成果演示。

歐美國家有大量的私企參與，從IBM、谷歌到霍尼韋爾等，正因為初期開始，就向著應用產品為導向做研究設計，所以用戶在使用像IBM提供的量子計算雲平臺時，其先進性和穩定性也得到同行的讚許。

本源量子云平臺的使用主要分三種模式，對應不同類型的用戶，提供不同的訪問方式。

圖形化在線編程，更利於入門級用戶的使用，科研工作者則可以使用QPanda或者創建JupyterLab的方式使用，其定製性和功能完整。當然，這個方式，目前已經比較流行。中文版的操作給中國用戶帶來諸多便捷。

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使用悟源系統時，與模擬系統不太一樣，門的使用相對簡單。右側可以看到不可修改的6量子比特。當然，硬體系統和模擬器不一樣的地方在於，不能直接出結果，需要排隊等候。

簡要測試一了一下著名的搜索算法，Grove算法，這裡選擇第4個和第5個量子比特做演示。特別強調一下，底下有個打勾選項，開啟這個功能可以選擇更多的邏輯門，包括跨比特進行雙門操作，這個功能非常有用。

對於不同的拓撲結構的量子晶片，由於非全連接，如果要在遠距離的量子比特之間進行雙門操作，過去在IBM上直接禁止的，但是本源量子此處做了線路優化，可以規避這一嚴重問題。

通過計算，可以看到圖形化界面對應的代碼，以及代碼轉換後的代碼。

量子計算產業聯盟合作夥伴，有免費提供更高權限的內部測試帳號，可提供優先使用和更深層次共同研發權限，加速量子計算的實用化進程。

雖然整體與IBM 2020有距離，但是，正如郭光燦院士所言，當下只實現6-Qubit量子計算雲平臺，相當於國外3-4年前的水平，但是，就像嬰兒一樣，剛學走路的時候會跌跌撞撞，之後便會健步如飛，最後走在大道前列。

測控一體機：量子計算機的「骨」

此次發布的第二個產品是，本源的第二代32比特的量子測控一體機，相較於2018年12月上線的第一代8比特量子測控一體機而言，其第二代量子測控一體機在量子比特數量上提升了4個數量級。

在整體性能上，全面繼承了悟源中的第一代量子測控一體機，但現階段配置了更專業的量子測控軟體，這些都會使得更大規模量子計算機的控制與應用同樣高效。支持216通道，並具備200ps同步穩定性。

量子測控系統是專門為量子晶片的測量和控制量身訂製的硬體和軟體系統，測控系統為量子晶片提供硬體支持，它能基於量子晶片應用場景的需求，提供量子晶片運行所需的精密信號。

其在精密測量、近距離微波通信、遠距離無線電通信等領域都有可開發的應用價值，還能夠為眾多尖端科學實驗研究提供一流的儀器設備解決方案。

量子算法：量子計算的「魂」

其最後發布的產品是3個量子應用軟體，分別是複雜網絡排序應用、手寫數字識別和用戶偏好行為預測。三款應用基於目前成熟的量子算法，使用本源量子編程框架QPanda與量子程式語言QRunes開發。

其中，複雜網絡排序應用可以對複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，加速挖掘分析複雜關聯數據之間的內在聯繫。

下一步

在明年年底前，將會完成基於60位的超導量子晶片的量子計算機原型機——悟源二代的研製，並完成基於20位半導體量子晶片的量子計算機原型機——悟本一代的研製。

全球範圍內量子云平臺部署情況

量子云平臺的部署已經在全球範圍內啟動，2020年將是量子云平臺進入在線應用的重要一年。

世界範圍內，少數幾個量子計算供應商已經完成了量子計算雲平臺的部署。IBM 於2016年便開始提供基於超導5-Qubit的量子計算雲服務，這是全球首個超導量子計算雲平臺。當然，2018年中國科學院量子技術實驗室上線了國內第一個量子云平臺，但在公司層面上，本源量子屬首個搭載了真實晶片的在線量子計算雲平臺。

此外，美國Rigetti、加拿大D-wave、美國微軟、美國亞馬遜、加拿大Xanada先後上線量子計算雲平臺，詳情請參閱量子客文章《國外頂級量子計算雲服務盤點》，以上所列均是基於真實的量子計算機提供量子計算雲服務的運營商。

總體說來，量子計算已經成為了各量子計算開發商的必爭之地，同時也是量子計算產業化從0到1的必經之路。在陸續開發的服務和量子硬體升級過程中，隱隱約約看到了量子計算的曙光。

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