中国量子计算机“本源悟空”上线一周年，算力已服务全球139个国家

中国量子计算机“本源悟空”上线一周年，算力已服务全球139个国家

量子计算作为未来电脑硬件革命的重要方向，正从理论走向实践，有望在未来十年内实现商业化应用。这一前沿技术不仅将在材料科学、金融、医疗等领域带来突破性进展，还将彻底改变我们的生活方式和工作模式。

量子计算基于量子力学的原理，利用量子比特（qubit）进行信息处理。与传统计算机使用的经典比特不同，量子比特可以同时处于多个状态，这使得量子计算机在处理复杂问题时具有显著的优势。量子叠加和量子纠缠是量子计算的两个核心概念，前者使得量子计算机能够并行处理信息，后者则允许量子比特之间形成强关联，从而提高计算效率。

量子计算的实现依赖于多种技术，包括超导量子比特、离子阱量子比特和拓扑量子比特等。每种技术都有其独特的优缺点，目前超导量子比特技术在量子计算机的开发中占据主导地位。随着技术的不断进步，量子计算机的性能和可扩展性也在不断提升。

量子计算的潜在应用领域广泛，涵盖了金融、物流、材料科学、人工智能等多个行业。

在金融行业，量子计算可以用于风险分析、投资组合优化和定价模型的构建。传统的金融模型往往需要处理大量的变量和复杂的计算，量子计算能够显著提高这些计算的效率。例如，量子计算可以帮助金融机构更快速地进行市场预测和风险评估，从而做出更明智的投资决策。

在物流和供应链管理中，量子计算同样具有巨大的潜力。通过优化运输路线和库存管理，量子计算可以帮助企业降低成本，提高效率。传统的优化算法在处理大规模数据时往往面临计算瓶颈，而量子计算能够在更短的时间内找到最佳解决方案。

在材料科学领域，量子计算可以用于新材料的设计和性能预测。通过模拟分子结构和化学反应，量子计算能够加速新材料的研发过程。这对于能源、电子和制造等行业具有重要意义，能够推动新技术的创新和应用。

量子计算在人工智能领域的应用也备受关注。量子计算能够加速机器学习算法的训练过程，提高模型的准确性和效率。随着数据量的不断增加，传统计算方法在处理大规模数据时面临挑战，而量子计算则为解决这一问题提供了新的思路。

量子计算与超级计算、智能计算的融合发展正成为现实。全球主要国家正在加快布局建立量子经典协同计算平台。2023年，国际商业机器公司（IBM）在加拿大、西班牙的超算中心部署127比特量子计算机。欧盟将6台高性能量子计算机集成到捷克、法国、德国、意大利、波兰和西班牙的各个超算中心，组成欧洲的量子计算网络。日本理化学研究所（RIKEN）在日本产的64比特超导量子计算机和超级计算机“富岳”之间建立通信链路。2024年，“本源悟空”成功接入上海超算中心、国家超算郑州中心、长三角枢纽芜湖集群，软件层面实现不同算力的弱耦合。合肥先算中心率先在国内启动超量融合中心建设，即将试点部署真实量子计算机。

各国积极发展应用生态，“量子实用”随时可能爆发。全球有超过100个企业案例活跃在能源、医疗保健、金融、汽车、航空航天、物流等行业。国际商业机器公司（IBM）的研究证明，利用量子经典协同工作，100+比特量子计算机可以探索化学、材料领域的实用级问题，并与化工、汽车、能源、航空等领域的众多合作者迅速推进应用，行业内预测量子计算产生商业价值的时间大大提前。

实用化量子计算机发展可分为3个阶段。第一阶段，实现量子计算优越性的实验室阶段。当前的超级计算机已经无法顺利求解某些特定的海量数据、高复杂度问题，若研制出50到100个逻辑量子比特的高精度专用量子计算机，就可在此类问题上充分展示其“量子优越性”，实现高效率求解。第二阶段，寻求在某些特定领域实用价值的展现。这一阶段意味着量子计算机已经开始走出实验室开启应用探索，尽管量子逻辑比特数只有100左右，但其运算能力已经超过任何超级计算机，量子计算机正进入早期工业阶

2025年是联合国宣布的量子科学与技术国际年。作为全球科技领域的研究热点，量子计算的基本计算单元为量子比特，与经典计算机中的比特具有相同的功能，即存储与处理数据。因其强大的计算能力，量子计算在攻克复杂计算难题上展现出经典计算机难以企及的优势。目前，量子计算已被视为人类科技发展的下一个重要突破口，是全球科技领域具有巨大前景的研究和应用方向。

以2003年中国第一个量子计算研究小组成立为标志，中国量子计算已走过20多年历程，实现了从0到1的巨大跨越、蓬勃发展。2024年1月6日，中国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”上线运行，标志着中国进入算力可用时代。从2024年1月6日至今，“本源悟空”上线已超一周年。期间，“本源悟空”已为来自全球139个国家逾1800万用户完成超32万个量子计算任务。以“本源悟空”为代表的中国量子计算产业正在按下发展“加速键”，并在应用探索领域展现出广阔前景。

自主算力首次出海
2024年11月，中国首家量子计算公司——本源量子计算科技（合肥）股份有限公司（简称本源量子）向海外首次销售中国自主量子算力——中国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”的计算机时。

在信息时代，算力体现国力。中国科学院量子信息重点实验室副主任、“本源悟空”科研团队主要负责人郭国平告诉本报记者：“算盘和现有计算机的算力差距，就是现有计算机和量子计算机的算力差距。”

“本源悟空”由本源量子团队自主研发，是中国第三代自主超导量子计算机，搭载72位自主超导量子芯片“悟空芯”。“悟空芯”采用了72个计算量子比特的设计方案，还包含126个耦合器量子比特，共有198个量子比特，其实际运行状态下的量子比特弛豫时间T1（在量子计算中，量子比特从激发态回到基态所需的时间）大于等于15.3微秒，退相干时间T2（量子比特在保持其相干性之前的时间长度）大于等于2.25微秒。基于该款量子芯片的“本源悟空”量子计算机可一次性下发、执行多达200个量子线路的计算任务，与只能同时下发、执行单个量子线路的国际同类量子计算机相比具有更大的速度优势。

“本源悟空”还搭载了中国首个量子计算机操作系统——本源司南3.0版本。这一系统在国内首次实现了对量子计算任务批处理的支持，不仅支持量超协同计算，还可高效调度量子计算资源，大幅提升量子计算机整机运行效率。

2024年4月10日，“本源悟空”成功装备中国首个PQC（后量子密码）“抗量子攻击护盾”，这使“本源悟空”能更好抵御其他量子计算机的攻击，确保运行数据安全。从算力提升到“攻守兼备”，中国量子计算机制造链更加完备。

安徽省量子计算工程研究中心副主任、“本源悟空”云服务研制团队负责人赵雪娇告诉本报记者：“目前，本源量子与美国相关科技公司是同价向国际市场出售超导量子算力。外国企业购买中国自主量子算力，是国际市场对中国量子计算技术实力的认可。”

技术赋能更多领域
目前，中国的量子算力已应用于计算流体动力学、金融、生物医药等多个重要领域。

计算流体动力学广泛应用于航空航天、汽车工程、船舶设计等领域，与飞行器、汽车及船舶的外形设计都紧密相关。算力提升可以加快飞机、汽车的更新迭代并降低设计成本。然而，传统计算机越来越难以满足这些领域对计算规模、计算精度和计算速度的要求。

量子计算为计算流体动力学提供了新的算力选择。相较于传统方法，量子计算能够显著加速流体动力学仿真过程，从而大幅缩短研发周期并节省经费。

2024年10月25日，中国科学家在“本源悟空”上，成功完成了全球最大规模的量子计算流体动力学仿真，标志着国产量子算力在解决实际问题方面取得重要进展。相关成果发表在国际期刊《应用力学与工程中的计算机方法》上。郭国平表示：“此次研究不仅证明中国自主超导量子计算机具备开展大规模、高精度流体动力学研究的能力，也为我们探索更多复杂科学问题提供了新工具和新方法。”

在金融领域，量子计算可以用于风险管理、投资组合优化、期权定价和金融市场预测等方面。通过量子算法，金融机构可以更快速准确地分析大量数据，为投资者提供更精确的投资建议。“本源悟空”此前上线的全球首个采用分布式量子计算思路设计、规模最大的投资组合优化真机应用，依托“悟空芯”量子芯片，在处理相同规模问题上，资源消耗远低于经典计算机，为处理大规模投资组合优化问题、得出特定风险偏好类型下的最佳收益组合开辟了更高效的路径。

在生物医药行业，量子计算能够助力药物设计、蛋白质结构预测、医疗数据的分析与处理等关键领域。“本源悟空”目前已上线分子对接预测应用、药物毒性预测应用、药物相互作用预测应用等多款基于真实量子计算芯片的应用。其中，药物相互作用预测应用以“本源悟空”为计算后端，采用了量子混合神经网络算法，结合了量子神经网络的节点编码能力和经典图神经网络的结构优势，不仅提高了药物相互作用预测的准确性，还大幅度缩短了研发时间，为药物开发领域带来了巨大进步。

2023年，本源量子与蚌埠医科大学达成合作，共探量子计算在辅助医学图像识别、疾病诊断、药物筛选、诊断标志物发现等生物医药领域的应用。以诊治乳腺癌为例，通过将量子计算与深度学习方法结合，本源量子设计了混合经典量子图像算法，针对乳腺钼靶图像的分类、分割进行高精度快速分析，帮助临床医生更加准确高效地对患者病情做出判断，让医生在诊治乳腺癌时也用上了中国自主可控量子算力。

用好育才“中国筷子”
发展量子计算产业，对量子计算专业人才的培养至关重要。据统计，近年来已有众多国家将量子科技人才培养纳入国家计划。

中国应该如何培养未来的自主量子计算人才？是跟随西方量子计算教育方案，还是使用“中国筷子”——中国自主的量子计算教育方案培养人才？“这是关乎未来的一个重要选择。”赵雪娇说。

用量子计算教育的“中国筷子”培养人才，是中国选择的道路。近年来，中国正在通过前瞻性部署自主量子计算教育方案，构建全面的量子计算教育体系，为量子科技这一未来产业发展奠定坚实的人才基础。自2020年教育部首次增设量子信息科学专业以来，全国已有13所高校获批开设。值得一提的是，目前中国已有60余所高校采用本源量子自主量子计算教育系统，量子计算教育的“中国筷子”正在逐步壮大。

“我们已与长江大学、湖北师范大学等多所高校开展合作，通过建设量子计算实验室、量子通信实验室、量子科技科普基地等，为高校打造量子人才教学科研载体，构建自主化量子计算机真机环境，培养出具备量子计算机实践能力和创新研究能力的人才。”赵雪娇告诉本报记者。

目前，重庆邮电大学、北京理工大学、西安交通大学已经引入本源量子全物理体系量子计算学习系统；中南大学、江汉大学、桂林电子科技大学等高校已成功搭建量子计算教研一体化平台；北方工业大学、北京师范大学与天津师范大学等已在校内部署量子计算学习机。

本源量子还与高校协同开发定制化量子计算教学资源。比如，蚌埠医科大学与本源量子共建了国内首个量子计算数据医学实验班，携手培养能够运用量子计算处理医学大数据的复合型医学人才。

郭国平认为，中国的量子计算事业要发展，人才是关键。只有培养出更多优秀的量子计算人才，才能在未来的科技竞争中占据主动。

尽管量子计算的前景广阔，但在商业化过程中仍面临诸多挑战。技术成熟度、人才短缺和市场认知是当前的主要挑战。量子计算技术仍处于发展阶段，尚未达到广泛应用的成熟水平。量子计算机的稳定性、可扩展性和错误纠正能力等方面仍需进一步提升。此外，量子算法的开发和优化也需要更多的研究和探索。

量子计算领域的人才短缺也是一大挑战。由于量子计算涉及复杂的物理学和计算机科学知识，具备相关技能的人才相对稀缺。企业在招聘和培养量子计算人才方面面临困难，这可能影响其在该领域的竞争力。市场对量子计算的认知仍然有限。许多企业对量子计算的实际应用场景和商业价值缺乏清晰的理解，这可能导致其在投资和决策时的犹豫。因此，提高市场对量子计算的认知和理解至关重要。

展望未来，量子计算的商业化前景依然乐观。随着技术的不断进步和市场的逐步成熟，量子计算将在多个行业中发挥越来越重要的作用。技术突破、行业合作和教育与培训是推动量子计算商业化的重要动力。随着研究的深入，量子计算技术有望实现重大突破。例如，量子纠错技术的进步将有助于提高量子计算机的稳定性和可靠性，从而推动其商业化进程。此外，量子算法的不断优化也将为量子计算的应用提供更多可能性。

未来，跨行业的合作将成为推动量子计算商业化的重要动力。科技公司、金融机构、制造企业等可以通过合作，共同探索量子计算的应用场景，分享资源和经验，从而加速技术的落地和应用。为了应对人才短缺的问题，企业和教育机构需要加大对量子计算相关课程和培训的投入。通过培养更多具备量子计算技能的人才，企业将能够更好地应对市场需求，提升在量子计算领域的竞争力。

量子计算作为一项颠覆性的技术，正逐渐走向商业化。尽管面临技术成熟度、人才短缺和市场认知等挑战，但其在金融、物流、材料科学和人工智能等领域的应用潜力无疑为未来的发展提供了广阔的空间。随着技术的不断进步和市场的逐步成熟，量子计算将在未来的商业环境中发挥越来越重要的作用。企业应积极把握这一机遇，探索量子计算的应用场景，以实现更高效的运营和创新。