中国量子计算产业按下“加速键”

  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需要一代又一代人的接续努力。基层量子计算科技工作者不仅要造出可用的量子计算机，也要为国家培养有用的量子计算人才。“我们将开放核心实验室，让中国高校学生用中国造量子计算机实践学习量子计算知识，培养更多更好中国量子计算人才。”郭国平说。(记者 杨俊峰)