【國産量子計算雲平臺重磅上線】5月26日，北京量子資訊科學研究院在2023中關村論壇正式發佈“Quafu”量子計算雲平臺，成為十項重大科技成果之一。這一全鏈條（全棧式）自研的量子計算雲平臺搭載三枚自研超導量子晶片，單晶片最大比特數達到136，同時測控精度高，最高可以實現18量子比特的全局糾纏，目前這一計算性能已達國際先進水準。目前，量子計算雲平臺已在包括金融等領域初步應用測試，今後有望在物流、材料、機器學習、藥物研發、保密通信等更多領域開展實際應用。

發佈

量子計算雲平臺上線三個不同規格超導量子晶片

量子計算雲平臺是量子計算綜合性能的展示，以網際網路雲計算的形式，整合量子晶片、測控設備、量子作業系統和應用軟體為一體，將量子算力提供給研究及測試者，是量子計算走向實用化的全棧式技術和基礎。

北京量子資訊科學研究院聯合中科院物理研究所和清華大學，共同推出了“Quafu”量子計算雲平臺，取意“量子未來”，上線三個超導量子晶片，三個晶片分別有136、18和10個量子比特，用戶可以自主選擇合適的晶片運作量子計算任務。

雲平臺相容國際通用的開放量子組合語言標準，提供了圖形界面、量子組合語言和客戶端三種提交量子計算任務的形式，方便用戶多種應用需求。

據中科院物理所研究員、北京量子院量子計算雲平臺團隊負責人范桁介紹，目前“Quafu”量子計算雲平臺在單晶片量子比特數和晶片數量上都處於國內領先地位。雲平臺測控精度高，可實現18量子比特的全局糾纏，軟體功能齊全，是國際先進的量子計算雲平臺。

18量子比特的全局糾纏意味著什麼？“Quafu”團隊創始成員、北京量子資訊科學研究院博士後王正安告訴北京青年報記者，量子計算的主要性能指標是單枚量子晶片上的量子比特數，“Quafu”目前最大的晶片“ScQ-P136”擁有136個量子比特，在世界範圍內僅次於IBM的Osprey晶片，位列第二。

“量子糾纏”是量子特有的一種性質，也是量子計算優勢的重要原因之一，“我們可以把量子糾纏理解為一種計算資源，要操控多個量子比特同時實現糾纏非常不容易，‘Quafu’量子計算雲平臺在雲端能夠實現18量子比特的全局糾纏，這個在國際上也是達到了先進水準。”王正安解釋稱。

量子云平臺是量子電腦走向應用的關鍵技術，建設量子計算的生態就是基於此系統。大眾可以利用量子云平臺進行體驗、教學和科研，也可以嘗試一些實際應用，比如量子金融、量子模擬、量子遊戲等；科研機構和高科技公司可以構建自身的應用軟體，而把其中需要涉及量子計算的部分通過雲連結到實驗室的量子電腦，完成複雜的任務。

運作

“Quafu”目前已對國內外用戶開放測試

據了解，“Quafu”量子計算雲平臺已對國內外用戶開放測試，有2000余名量子計算研究者和學生註冊，運作量子計算任務50余萬次，顯示其運作穩定高效。對於普通用戶，該系統免費開放。

北青報記者在快速註冊後，進入了這一網站，左側的邊欄顯示了：控制面板、編輯器、資源、任務、應用、新聞等。點擊後，右側顯示該選項對應的界面，比如點擊第一個“控制面板”後，頂端就顯示出三個較大的按鈕，編輯器、文檔、PyQuafu，用戶可以點擊編輯器直接線上使用量子云計算平臺，也可以用文檔下載安裝後，用程式運作這一雲計算平臺。

在首頁的下方，就是“最新動態”，它會以狀態、任務ID、系統名稱、隊列位、操作等多個方面，提示用戶所進行操作的最新進展。再下拉，還會顯示用戶的資源，包括系統數量和模擬器。

“Quafu”滿足了國內科研人員和相關從業者的需求。國內一些研究組，已經通過“Quafu”量子計算雲平臺遠端調用量子晶片，構建各自的科研或者應用軟體，量子計算的生態建設已逐步開展。王正安透露，“Quafu”所使用的三枚超導量子晶片從設計到製造全流程都是完全國産的，而三枚晶片的性能也為世界先進水準。這使得“Quafu”量子計算雲平臺處於國際先進水準，技術上已經可以實現國産替代。

研發

量子糾纏數不斷提升迭代後已達到136比特

王正安告訴北青報記者，北京量子院已經成立五年，取得了多項重量級學術成果，也積累了大量科學技術和專業人才。一年多前，“Quafu”量子計算雲平臺項目成立，並且專門成立了一個量子計算雲平臺團隊，總負責人是范桁研究員。同時，團隊充分發揮北京量子院的區位優勢，與院內多個團隊包括超導量子計算團隊、量子演算法應用軟體團隊、量子作業系統軟體研發團隊等展開了緊密合作，共用積累的技術與經驗。很快就從無到有搭建起了“Quafu”量子計算雲平臺的雛形。參與的成員達到50人以上。

王正安説，最初，“Quafu”只有10比特、18比特和50比特的三個晶片，當時還達不到136，隨著晶片的迭代和工藝升級，比特糾纏數也在不斷提升，目前經過了第三代迭代，已經可以達到136比特了，這個晶片就是北京量子院于海峰研究員和金貽榮研究員領導的超導量子計算團隊所取得的成果。

在研發過程中，也遇到了不少難點。“我們之前一直是在實驗室裏做實驗的，每次在做實驗前，我們需要花很大的精力人工對所有設備進行校準，這需要一天甚至幾天的時間。對於做實驗這樣是沒有問題的，但是如果要提供雲服務的話肯定不行，因為它需要保持7乘24小時都線上，而且運作不能有特別大的波動，所以説我們也自主研發了一整套自動的校正系統，並且也在不斷升級中。”

在學術上也有一些難點需要突破。“超導量子晶片在設計時就考慮有不同拓撲結構，這個我們的網站上也有展示，可以看到量子比特之間並不是兩兩都連在一起的。如果我們要運作的量子程式或者演算法要求的拓撲結構與晶片不符合，那麼，我們就需要有一套自動的演算法去讓它進行一個映射或者轉換，使得我們也可以滿足任意拓撲結構的量子程式運作。同時，這種映射演算法還要盡可能考慮到量子比特之間的差異等影響，總體是非常複雜的。”

此外，他們還需要在時間上進行優化，“不能在用戶提交一個量子程式後，花費特別長的時間去做優化，這也影響用戶體驗，因此對演算法的速度有非常大的要求。”

體驗

晶片比特數量國際領先免費支援相關領域科研

清華大學物理系的博士謝浩楠從去年7月就作為“種子用戶”體驗“Quafu”量子云計算平臺了，他告訴北青報記者，去年春天為了完成科研課題，他開始挑選量子計算雲平臺。“因為課題是關於量子演算法的，所以我希望在論文裏添加一部分內容，能夠把我的演算法放在實際的量子電腦當中運作，來驗證它的效果。”謝浩楠説，他起初用了國外的量子計算雲平臺，花了幾百美元使用後，發現晶片的運作效果並不是特別理想，而且會受到噪聲干擾，導致誤差。他花費很長時間來尋找解決辦法，直到一個師兄向他推薦剛上線不久的“Quafu”。在他測試後發現，“Quafu”平臺的量子晶片中的噪聲比較低，效果比較好，對論文的幫助非常大。

“Quafu”平臺免費支援相關領域科研。謝浩楠説，起初“Quafu”僅支援通過網頁進行操作，上線三個月後，不僅支援網頁訪問，更支援下載套裝軟體的方式。對於普通用戶來説，可以在網頁編輯量子線路的界面，通過可視化線路圖去編輯量子程式，再提交到伺服器上來運作。謝浩楠他們則更喜歡通過下載它的套裝軟體，通過編輯代碼來把量子程式提交到伺服器上面。“我們只要寫好了代碼，就可以讓代碼自動幫我們完成所有的事情，這樣更方便。”

謝浩楠的研究課題是“一種實現虛時演化的量子演算法的設計”。他説，這就類似于量子計算當中的一種程式設計。如果沒有平臺的話，可以用普通電腦去做數值模擬倣真，但如果有平臺，就可以在真正的量子電腦上做原理性的演示和驗證，這樣可以使論文結果更有説服力。

“量子電腦裏面是有一些噪聲的，我們在經典電腦上模擬的話，一般都是模擬理想情況，就沒辦法想像出如果有噪聲或其他干擾因素時，程式運作結果會不會還是很好，這樣就沒有辦法對演算法的優缺點進行評估，也沒有辦法對演算法的抗噪聲性作出改進。”謝浩楠説，“有了這個平臺之後，我們在使用的過程中可以感受到演算法在噪聲影響下的運作是什麼樣子的，從而讓我們對演算法的性能有一個很好的認識。”

除了“Quafu”，謝浩楠也使用過包括IBM量子計算雲平臺在內的其他平臺。他認為“Quafu”平臺比特數量多於其他平臺，可以做到10個、18個，甚至100多個。“這也就是説，如果我們想在量子電腦上實現一個比較大規模的量子計算任務的話，那麼需要的比特數較多，這樣就只能使用‘Quafu’。”

未來

量子云計算將應用到藥物研發、金融、物流等領域

王正安表示，量子云計算並不是要代替經典雲計算平臺，正如量子電腦在定位上也不是要取代經典電腦，而是成為電腦的一個組成部分，就類似與CPU（中央處理器）與GPU（圖形處理器）的關係，可以稱之為QPU（量子處理單元），起到加速計算的作用。所以量子云計算平臺也不可能完全脫離經典電腦單獨執行計算任務。

量子云計算的技術主要還是圍繞量子電腦展開的，另在量子線路編譯、校準、糾錯等方面有深入的研究。

量子人工智慧與現在的人工智慧並非相互替代的關係，而是用量子人工智慧來輔助經典的人工智慧。“我們之前也和一些企業進行了合作，其中有一個團隊正在做量子計算在金融領域中應用的相關研究，在經典神經網路模型中引入了一部分量子的神經網路，取得了非常理想的效果。”

量子云計算應用另一種可能的領域是藥物研發。使用者謝浩楠説，生命科學裏面承擔生命體最主要功能的一種物質是蛋白質，只要能夠研究清楚各種蛋白質的性質，就能夠對很多的生命活動有更多更深入的了解。蛋白質的功能主要是由它的分子構型決定的，但是如果我們想從理論上計算一個分子的構型，當分子的規模比較大時，計算量是非常龐大的。“一般一個蛋白質分子都是由上千個甚至上萬個原子構成的。使用量子計算能夠對我們的計算資源進行優化，就可以讓計算的時間、需要的比特資源，都減少很多。”

此外，藥物研發最主要的是希望設計新的藥物分子。藥物作用到人體之後會産生什麼樣的效果，這些化學反應的過程都是需要電腦去模擬的。這些模擬都需要龐大的計算量，而量子計算可以對模擬過程進行加速，對藥物研發進程提供比較大的幫助。謝浩楠説，以往要麼就在經典電腦上模擬，但是需要的時間很久，要麼就在真實的生物化學實驗中去驗證。“但是如果有一些藥物，我們沒有辦法高效地製備，或者説有一些生物樣本我們沒有辦法高效地獲取，那麼最好的辦法其實還是在電腦上進行模擬。”

范桁也表示，隨著人工智慧的發展，對算力的要求也越來越多，量子計算也有量子算力的需求，因此，發展量子計算算力並通過雲平臺來提供給大家，也是量子計算發展的一個非常重要的技術。

“整個量子計算行業發展很快，但是目前基本還是測試階段，實際應用還很遠，估計至少五年後。實際應用的場景有可能較為明確，産生效益或者正反饋估計需要十年左右。這個過程中，主要還是集中于科研探索，或者解決某個學科中的科研問題。”范桁告訴北青報記者。

范桁也表示，下一步“Quafu”量子云平臺的發展有兩個方向：軟體和硬體。“硬體方面計劃上線更多晶片，單晶片數目也會一直增長，同時進行量子計算的精度也會一直提升。軟體方面，發展更多有應用前景的軟體，開始是小規模測試，到一定階段有望解決一些價值比較小的問題，後續會有望産生更大的價值。如果有較多的應用軟體都是基於我們雲平臺的量子晶片，多場景裏總會有些有價值的應用開始出現，並逐步發展起來，所以軟體主要是發展基於雲平臺的生態。”