量子生态与比特数齐飞
综合宣布／ IT时报 郝俊慧
编辑／ 郝俊慧 孙妍
在不久前结束的第三届中国打算机学会量子打算大会（CQCC 2024）上，中电信量子集团、中科院打算所、弧光量子、国盾量子正式发布“天衍”高性能系列仿真机，并全面接入“天衍”量子打算云平台，面向环球用户免费开放利用，为高校、企业和科研职员开展量子算法实验和探索供应高效支撑。
仿照是落地第一步
量子打算的发展分为三个阶段。第一步是实现“量子打算优胜性”，也即求解某个特定问题时，量子打算机呈现出经典打算机永久不可企及的速率和能力，这一里程碑式的时候涌如今2019年谷歌“悬铃木”的涌现。
截至目前，环球有四台宣告实现了量子优胜性的量子打算机：美国谷歌的超导量子打算机悬铃木、中国的光量子打算机“九章”和超导量子打算机“祖冲之二号”，以及加拿大Xanadu的北极光。
第二步是实现具有实用代价的专用量子仿照系统和专用量子仿照机，以求解一些分外领域的主要科学问题，此前中国科学技能大学教授、“祖冲之二号”量子打算原型机总师朱晓波曾表示，乐不雅观估量将在五年内实现。
第三步则是在量子纠错的赞助下实现通用容错量子打算机，也即可编程的量子打算机，类似目前的超级打算机，估量将在10年～15年后实现。但这并不虞味着，在这15年里，家当界只能被动等待，事实上，量子打算的软件和生态已经在同步发展。
然而，现实问题是，可供给用的量子打算真机资源非常有限，且存在一定的打算缺点率。因此，为了应对真机资源的短缺以及更好验证量子算法和开拓运用程序，量子打算仿真机应运而生。
所谓量子仿真，常日指的是利用量子系统（如量子打算机或量子仿照器）来仿照其他量子系统的行为，个中包括利用量子打算机来仿照量子物理过程，或者利用分外的量子算法在经典打算机上仿照量子电路的行为。通过量子仿照器对繁芜量子系统的高效仿照，科研职员可以探索那些传统打算机难以打算的量子征象和过程。
量子仿真的关键上风在于量子系统能够自然地表示量子态，并且能够通过量子叠加和量子纠缠等量子力学特性来实现对大量量子比特的高效操作。这使得量子仿真在某些特定问题上比传统仿真方法有显著的速率上风。
量子打算仿真机作为真机算力和功能的补充，是一种必不可少的量子打算算法验证、运用开拓调试工具，在量子打算研究和运用中起着至关主要的浸染。
同时，由于量子仿真机不须要访问实际的量子硬件，对测试和验证量子算法非常有效，在量子化学、材料科学、量子物理等领域已经有广泛的运用。它可以帮助科学家理解和预测量子系统的行为，从而推动新药物的创造、新材料的设计以及对基本物理过程的理解。
仿真机能力环球领先
IBM Qiskit是最早为环球科研职员供应量子仿真器的平台之一。
IBM Qiskit 是一个由 IBM 开拓的开源量子打算软件框架，使得研究职员和开拓者能够在量子打算机或者经典打算机上构建、仿照和运行量子程序，但IBM Qiskit并不对中国研究职员开放。
中电信量子集团发布的“天衍”高性能系列仿真机涵盖五大主流类型，包括全振幅仿真机、稳定子仿真机、带噪声仿真机、张量网络仿真机和单振幅仿真机。
个中，全振幅仿真机支持 36 量子比特，仿真比特规模在环球公开量子打算云平台中属于领先水平。它可以高精确度仿照量子电路中每一个量子比特的状态，供应所有量子态的振幅。在验证和调试量子算法的精确性，以及量子电路的设计和优化过程中尤为有效。
本次发布的全振幅仿真机，不仅在量子比特数上具有明显的上风，同时在运算速率上具有领先水平。整体性能优于国内外量子同类产品，测试数据表明，同样深度的量子线路，“天衍”系列全振幅仿真机在 CPU 和 GPU 的小比特数上表现都优于国外同类平台。用户只需通过CqLib调用即可拥有环球领先的全振幅仿真机，不再依赖于用户本地打算资源。
稳定子仿真机则可以利用稳定子理论对特定类型的量子态进行高效仿照，适用于量子缺点纠正码的研究仿照，确保其在实际硬件上有效运行。测试数据表明，“天衍”稳定子仿真机在所有电路深度下的性能均优于IBM Qiskit，特殊是在高电路深度时，表现出更高的打算效率。
上海交通大学自然科学研究院院长、国家特聘专家金石在论坛上表示，量子仿照的方法既适用于量子比特框架，也适用于连续变量框架，后者适宜于近期更可能实现的仿照量子打算。
生态与比特数同步增长
当前量子打算正处于从原型机到专用机的攻坚期间。然而，数十年经典打算机的发展进程见告后来者，软件和生态可能才是决定终极胜利的关键因子。
2023年11月，在广州召开的2023数字科技生态大会上，中国电信正式发布了 “天衍”量子打算云平台。“天衍”量子打算云平台实现了“国云”天翼云超算能力和176量子比特超导量子打算能力的领悟，是具有“量子优胜性”能力的超量领悟云平台。
截至2024年8月，中电信量子集团推出的“天衍”量子打算云平台环球访问量已打破1000万。据理解，“天衍”量子仿真机将全面接入云平台，为环球科研职员供应做事，加速量子打算融入量子化学研究、新药新材料开拓、能源气候仿照、人工智能等场景。
“我武断地认为，量子打算的生态、软件、编程必须与硬件打破同步发展。”朱晓波表示，只管现阶段的量子打算机还不具备办理实际运用问题的能力，但必须提前培植好平台，让更多的人可以在实际的量子打算环境中启示灵感，进行软件开拓与运用探索，建立中国人自己的量子打算生态。
