電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文 / 吳子鵬）日前，我國(guó)第四代自主量子計(jì)算測(cè)控系統(tǒng) “本源天機(jī) 4.0” 正式發(fā)布，這一成果標(biāo)志著我國(guó)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)在工程化生產(chǎn)能力上實(shí)現(xiàn)了里程碑式突破。該系統(tǒng)由本源量子計(jì)算科技（合肥）股份有限公司研發(fā)，安徽省量子計(jì)算工程研究中心參與支持，是繼 “本源天機(jī) 3.0” 成功應(yīng)用于第三代超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī) “本源悟空” 后的重大升級(jí)，為百比特級(jí)量子計(jì)算機(jī)的量產(chǎn)奠定了核心基礎(chǔ)。

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支持 500 + 量子比特的 “本源天機(jī) 4.0”?

“本源天機(jī) 4.0” 在硬件性能和軟件生態(tài)方面均實(shí)現(xiàn)了顯著提升。該系統(tǒng)支持 500 + 量子比特的并行操控，與前代系統(tǒng)相比，擴(kuò)展性提升 50%，硬件集成度提高 3 倍，穩(wěn)定性增強(qiáng) 3 倍。量子比特?cái)?shù)量是衡量量子計(jì)算技術(shù)發(fā)展的核心指標(biāo)之一，其提升不僅體現(xiàn)了技術(shù)性能的突破，更對(duì)量子計(jì)算的實(shí)際應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)變革具有戰(zhàn)略性?xún)r(jià)值。
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量子計(jì)算的核心優(yōu)勢(shì)源于量子比特的疊加和糾纏特性，這使其能夠?qū)崿F(xiàn)并行計(jì)算。每增加一個(gè)量子比特，量子計(jì)算機(jī)的狀態(tài)空間便以 2 的 n 次方（n 為量子比特?cái)?shù)）的速度增長(zhǎng)。例如，“本源天機(jī) 4.0” 支持的 500 量子比特的狀態(tài)空間遠(yuǎn)超宇宙中原子的數(shù)量，理論上可同時(shí)處理 2 的 500 次方種計(jì)算路徑，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了經(jīng)典計(jì)算機(jī)的線性處理能力。
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安徽省量子計(jì)算工程研究中心副主任、“本源天機(jī)” 研制團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人孔偉成介紹，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的系列底層軟硬件架構(gòu)，進(jìn)一步強(qiáng)化了對(duì)量子芯片的高效控制與精準(zhǔn)讀取，能夠大幅縮短量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)與交付時(shí)間。?
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“本源天機(jī) 4.0” 還實(shí)現(xiàn)了軟件生態(tài)的協(xié)同升級(jí)，系統(tǒng)額外搭載了四大核心軟件：?
·Naga&Venus：作為服務(wù)端管理軟件，可實(shí)現(xiàn)多用戶(hù)、多任務(wù)的資源調(diào)度與監(jiān)控；?
·Monster：超導(dǎo)量子比特底層操控服務(wù)軟件，支持脈沖序列的快速生成與優(yōu)化；?
·Visage：全界面調(diào)控分析軟件，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)量子比特的 “生命體征”（如頻率、相位、弛豫時(shí)間等），并通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法自動(dòng)校準(zhǔn)參數(shù)；?
·Storm：操作系統(tǒng)連接軟件，可無(wú)縫對(duì)接量子計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，支持多語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境（如 Q#、Cirq）。
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其中，全界面量子芯片調(diào)控分析應(yīng)用軟件 Visage，將顛覆超導(dǎo)量子芯片調(diào)試的傳統(tǒng)模式。本源量子首席科學(xué)家郭國(guó)平指出，工程化生產(chǎn)能力的提升意味著量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)周期有望縮短 60%，這對(duì)于搶占全球量子計(jì)算制高點(diǎn)至關(guān)重要，同時(shí)交付效率也將顯著提升。
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除了性能的增強(qiáng)，“本源天機(jī) 4.0” 還將進(jìn)一步拓展國(guó)產(chǎn)量子計(jì)算測(cè)控系統(tǒng)及量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用邊界。前代系統(tǒng) “本源天機(jī) 3.0” 已支撐 “本源悟空” 量子計(jì)算機(jī)為全球 139 個(gè)國(guó)家和地區(qū)的用戶(hù)提供了超 2600 萬(wàn)人次服務(wù)，完成 38 萬(wàn)余個(gè)計(jì)算任務(wù)，應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋金融、生物醫(yī)藥、流體動(dòng)力學(xué)等。目前，“本源天機(jī) 4.0” 正支撐中國(guó)下一代自主量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)，目標(biāo)直指千比特級(jí)量子芯片的量產(chǎn)。
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全球量子計(jì)算競(jìng)賽愈演愈烈?

當(dāng)前，全球量子計(jì)算競(jìng)賽呈現(xiàn)出技術(shù)路線多元化、國(guó)家戰(zhàn)略密集部署、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用加速落地的白熱化態(tài)勢(shì)。這場(chǎng)競(jìng)賽不僅關(guān)乎技術(shù)突破，更涉及國(guó)家科技主權(quán)、產(chǎn)業(yè)鏈主導(dǎo)權(quán)和未來(lái)產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)的爭(zhēng)奪。
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從進(jìn)展來(lái)看，中美日目前處于引領(lǐng)全球量子計(jì)算發(fā)展的位置，國(guó)內(nèi) “本源天機(jī) 4.0” 的發(fā)布是一個(gè)新的里程碑。美國(guó)企業(yè) IBM 和谷歌在量子計(jì)算領(lǐng)域也進(jìn)展迅速。在 2023 年 IBM 量子峰會(huì)上，IBM Quantum Heron 作為 IBM 迄今為止性能最佳的量子處理器發(fā)布，擁有 133 量子位，其全新架構(gòu)顯著降低了錯(cuò)誤率。根據(jù) IBM 的產(chǎn)品路線圖，到 2033 年，以量子為中心的超級(jí)計(jì)算機(jī)將包含 1000 個(gè)邏輯量子比特，屆時(shí)將全面釋放量子計(jì)算的潛力。?
谷歌于 2024 年 12 月推出的 105 量子比特 “Willow” 芯片實(shí)現(xiàn)了 “低于閾值” 的量子糾錯(cuò)，解決了近 30 年的技術(shù)瓶頸。具體而言，Willow 超導(dǎo)量子計(jì)算芯片中的量子比特錯(cuò)誤率得到明顯抑制，其中單量子比特門(mén)的平均錯(cuò)誤率僅有 0.035%，雙量子比特門(mén)的平均錯(cuò)誤率也只有 0.33%。這意味著這款全新的量子計(jì)算芯片特別適合用于 “量子糾錯(cuò)”，并且有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模擴(kuò)展，走向?qū)嶋H應(yīng)用。

日本方面，日本富士通公司和理化學(xué)研究所于今年 4 月聯(lián)合發(fā)布了 256 量子比特的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，量子比特?cái)?shù)是上一代機(jī)型的 4 倍，可使利用該計(jì)算機(jī)的平臺(tái)計(jì)算能力提升至原先的 4 倍。據(jù)介紹，團(tuán)隊(duì)使用可擴(kuò)展的三維連接結(jié)構(gòu)，以 4 個(gè)量子比特為一個(gè)基本單元，在不改變量子比特設(shè)計(jì)和布局的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了量子比特?cái)?shù)的高效擴(kuò)展。這項(xiàng)研究成果計(jì)劃在 2025 財(cái)年通過(guò) “富士通混合量子計(jì)算平臺(tái)” 向全球用戶(hù)開(kāi)放。
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目前，全球量子計(jì)算競(jìng)賽已從技術(shù)研發(fā)階段進(jìn)入工程化量產(chǎn)與場(chǎng)景化應(yīng)用的關(guān)鍵階段。中美在超導(dǎo)和光量子領(lǐng)域形成雙極競(jìng)爭(zhēng)，歐盟、日本、加拿大在細(xì)分領(lǐng)域持續(xù)取得突破。不過(guò)，目前各個(gè)國(guó)家和地區(qū)的量子計(jì)算研究仍然處于前期探索階段，還需要在糾錯(cuò)與穩(wěn)定性、能耗與成本等方面繼續(xù)優(yōu)化。
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結(jié)語(yǔ)?

作為我國(guó)量子計(jì)算工程化進(jìn)程中的關(guān)鍵一躍，“本源天機(jī) 4.0” 的發(fā)布不僅標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)測(cè)控系統(tǒng)從技術(shù)驗(yàn)證走向規(guī)模應(yīng)用的質(zhì)變，更以 500 + 量子比特的操控能力，為千比特級(jí)量子芯片量產(chǎn)拉開(kāi)了序幕。在全球量子計(jì)算從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，中國(guó)憑借自主可控的底層軟硬件架構(gòu)，正與美日等技術(shù)強(qiáng)國(guó)形成多元技術(shù)路線競(jìng)逐的格局。隨著工程化能力的持續(xù)突破與應(yīng)用場(chǎng)景的深度挖掘，這場(chǎng)始于技術(shù)競(jìng)賽的全球量子革命，終將在算力范式的重構(gòu)中，為人類(lèi)破解復(fù)雜系統(tǒng)難題開(kāi)啟全新維度。