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科技日报|国内首个量子计算云平台上线

量子计算云平台对量子计算资源和成果进行开放共享 ， 并提供各种基于量子计算的衍生服务 ， 可提前释放量子计算的潜力 ， 进而促进量子计算产业提前布局与生态的良性培养 。
9月12日 ， 我国企业自主研发的超导量子计算云平台正式上线 ， 全球用户可以在线体验来自中国的量子计算服务 。
据了解 ， 此次发布的云平台系中国科学技术大学郭光灿院士团队的成果转化企业合肥本源量子计算科技有限责任公司（以下简称本源量子）研发 。 本源量子董事长孔伟成博士表示 ， 该量子云平台基于国内率先实现工程化的超导量子计算机——悟源打造 ， 搭载了6比特超导量子芯片夸父KF C6—130 ， 保真度、相干时间等技术指标均达到国际先进水平 。
那么 ， 量子计算云平台是如何搭建的？它跟普通的云平台又有何不同呢？为此 ， 采访人员专门采访了本源量子的相关专家 。
超越经典计算的突破路径
要了解量子计算云平台 ， 首先要弄清楚什么是量子计算 。
量子计算的概念自上世纪80年代提出以来 ， 就被誉为“大自然赋予人类的终极计算能力” 。 近年来更是成为世界各国争相布局的前沿领域 ， IBM、谷歌、Intel等科技巨头纷纷入局 。
据了解 ， 量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的计算模式 ， 它与现有的经典计算模式完全不同 。 经典计算使用二进制的数字电子方式进行运算 ， 而二进制总是处于0或1的确定状态 。 量子计算则借助量子力学的叠加特性 ， 能够实现计算状态的叠加 ， 它不仅包含0和1 ， 还包含0和1同时存在的叠加态 。
“简单来说 ， 量子计算机就是使用量子器件制造 ， 利用量子的叠加与纠缠特性 ， 运行量子算法与量子软件的新型计算设备 。 在处理某些特定问题上 ， 量子计算机相对于经典计算机具有指数级别的计算速度优势 。 即便是目前运算速度最快的超级计算机 ， 在量子计算机面前也只能是个算盘 。 ”本源量子公司董事长孔伟成博士告诉科技日报采访人员 。
对比来说 ， 在解决实际问题的过程中 ， CPU（中央处理器）采用“串行”计算 ， 即将一个问题的若干部分按照顺序依次进行运算；GPU（图形处理器 ， 一种能非常高效地执行一些专门运算的超高速芯片）采用“并行”计算 ， 即将一个问题拆成若干个小问题后 ， 同时对每个小问题的一部分进行运算；QPU（量子处理单元）则利用量子叠加性快速遍历问题的各种可能性并找到正确答案 。
形象地说 ， CPU算力随比特数n的增长呈线性n增长 ， GPU算力随比特数n的增长呈平方次n×n增长 ， QPU算力随比特数n的增长呈幂指数2n增长 。
随着人类对于计算机算力需求的不断提升 ， 半导体芯片的制程技术也在不断提高 ， 目前已有多款5纳米芯片产品发布 。
“5纳米大小相当于40个硅原子 ， 如果硅基半导体器件尺寸继续缩小至1纳米级 ， 那就意味着我们已经从经典物理学深入到了量子物理学领域 。 ”孔伟成说 ， “在这样的情境下 ， 摩尔定律即将走向终结 ， 大规模集成电路为基础的经典计算机到此可以画上句号 。 研发量子计算机 ， 就成为了帮助人类继续提升计算能力的新方向 。 ”
为世界提供中国量子计算服务
顾名思义 ， 量子计算云平台就是提供以量子计算为核心的云服务的平台 。 量子程序将被发送到远程量子服务器上 ， 在云端完成它的编译、运行与测试调试等一系列过程 ， 然后将结果传回本地 。
据了解 ， 当前量子计算机仍需要严苛的运行环境与复杂的辅助设备 ， 这些系统造价高昂 ， 普通用户很难接触到 。 为了让更多用户体验、学习、探索量子计算 ， 国际主要的量子计算公司都开发了各自的量子云平台 ， 使用云技术连接用户与真实的量子计算设备 。
2016年 ， IBM率先研发出世界上第一个基于5位超导量子计算机的量子云平台IBM Q Experience 。 目前 ， IBM已经有22台公开的量子计算机 ， 先后有100多家企业单位和科研机构使用了其提供的量子计算云服务 。 在2019年 ， 亚马逊、微软先后上线了量子计算云平台Braket与Azure Quantum 。


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