機器之心編輯部
2 月 8 日，首款國產量子計算機操作系統——「本源司南」在安徽省合肥市正式發布。該系統由合肥本源量子計算 科技 有限責任公司自主研發，可以實現 量子資源系統化管理、量子計算任務並行化執行、量子芯片自動化校準 等全新功能，助力量子計算機高效穩定運行。
與經典計算機相比，量子計算機在解決很多問題方面都具有先天優勢，因此成為各大 科技 巨頭重點加碼的壹個賽道。但與經典計算機壹樣，量子計算機顛覆性的算力提升也離不開軟硬件協同發展，以操作系統為代表的基礎軟件服務直接影響量子計算機的性能表現。
然而，現有的量子計算機操作系統還存在壹些缺陷，如普遍 缺少量子資源管理、多量子計算任務並行處理、量子芯片自動化校準功能 等（例如英國 Deltaflow.OS 量子計算機操作系統,、奧地利 ParityOS 量子計算機操作系統）。
在量子資源管理方面，已有的操作系統不能對量子比特資源進行有效分配管理，只允許量子計算機在某壹時間段處理壹個任務，即使該任務無需使用全部量子比特資源。因此，如果能夠實現多量子計算任務並行處理，量子計算機的算力利用效率就可以大大提升。
此外，由於量子系統的脆弱性與不穩定性，量子芯片在運行壹段時間後需要進行維護校準，從而保證運行結果的可靠性。然而，已有的量子計算機操作系統不涉及自動化校準，需要人工進行芯片調試校準，耗費大量時間，影響量子計算機運行的長期穩定。
這些問題的存在使得我們難以有效利用當前稀缺的量子計算資源。
本源司南針對這些痛點進行了多方面改進，能夠數倍提升現有量子計算機的運行效率，有效提高了量子芯片的整體利用率。
中科院院士、中科院量子信息重點實驗室主任郭光燦表示：「如果把量子芯片比喻成人的心臟，量子計算機操作系統就相當於人的大腦，量子應用軟件則是血肉。」
此外，「本源司南」的研發成功也標誌著國產量子軟件研發能力已達到國際先進水平。國產量子軟件系統架構漸趨完善，對推動量子計算核心技術自主可控、培養用戶使用習慣以及量子計算機實用化進程具有重大意義。
首款國產量子計算機操作系統——本源司南
作為中國首款量子計算機操作系統，「本源司南」的發布引發了學界和業界的關註。
具體而言，本源司南操作系統的特點包括：
高效資源管理 + 自動化校準，支持量子計算機高效穩定運行；
研發與應用模式自由切換，滿足用戶多樣化使用需求；
兼容多種量子計算系統，打造通用量子計算機操作系統。
首先，本源司南解決了已有產品無法管理量子資源、不能並行處理多量子計算任務、缺少自動化校準量子芯片等功能缺陷。除了具備經典操作系統的基礎功能之外，也帶來了高效利用量子計算機資源的解決方案。
針對任務和問題，本源司南的量子資源管理功能不僅支持多量子任務的並行計算與調度，更支持對量子計算機持續不間斷的校準優化。尤其是後者，它可以有效控制量子計算機因量子物理特性產生的性能浮動，確保執行任務時，量子計算機處於最佳性能狀態。
其次，當前量子計算機主要用於科學研究與 探索 商業化應用，二者的具體需求有別，所使用的量子計算機類型也有所不同。針對不同類型量子計算機的特征和用戶需求，本源司南提供應用模式和研發模式的無成本兼容，使量子計算機不僅能為商業用戶開發出滿足特定應用場景的應用，也能為科研用戶提供服務，用於研制更強大的量子計算機。
研發模式是指支持用戶基於量子計算機操作系統直接操控壹體機及相關設備，以達到調試及優化量子芯片性能指標的目的；應用模式是指支持用戶基於量子計算機操作系統運行編碼完成的量子程序。
此外，基於當前量子計算硬件系統還未實現技術收斂的發展現狀，本源司南可支持多種量子計算系統，能夠接入具有多個量子處理器核心的量子計算機高性能工作站，包括超導量子處理器、半導體量子處理器、離子阱量子處理器，或是混合量子處理器。用戶只需要通過口令，接入管理員部署的壹臺經典服務器，即可使用全部功能。
本源司南旨在縮短壹臺全新量子計算機投入運行的時間，同時支持分布式量子計算和集成量子存儲設備的管理服務。基於以上特性，用戶只需專註程序設計開發，無需花費時間了解量子計算背後的運行原理。 郭光燦介紹，據研究人員測試，本源司南量子計算機操作系統能夠數倍提升現有量子計算機的運行效率 。
本源量子
「本源司南」由合肥本源量子計算 科技 有限責任公司自主研發。本源量子成立於 2017 年 9 月，團隊技術起源於中科院量子信息重點實驗室，創始人兼首席科學家是中國科學技術大學物理學院教授、中科院量子信息重點實驗室副主任郭國平，聯合創始人兼科學顧問為中國科學院院士、中科院量子信息重點實驗室主任郭光燦。該公司以量子計算機的研發、推廣和應用為核心，專註量子計算全棧開發，各軟硬件產品。
近年來，本源量子公司先後開發出量子測控壹體機、量子計算機「悟源」等產品，並上線 6 比特的超導量子計算雲平臺。該公司介紹稱，此次新發布的量子計算機操作系統，將用在量子計算雲平臺上，提供給全球用戶體驗。
目前，「本源司南」已經在本源量子的產品中得到應用。本源量子研發團隊利用量子卷積神經網絡模型開發出的量子圖像識別應用，可將圖像識別任務轉化為多個量子線路，在經過量子態數據編碼之後，這些量子線路就處於排隊等待運行狀態。通過「本源司南」的統壹調度管理，這些量子線路在單個量子芯片上可以被並行執行，不僅大大減少了整體線路運行時間，還有效提高了量子芯片的整體利用率，使得當前有限的量子計算資源得到最大化利用。
本院量子表示，未來，本源量子團隊將基於具備完全自主知識產權的本源量子計算機集群、本源司南量子計算機操作系統、本源量子雲平臺以及豐富的量子軟件與應用，打造完善且開放的量子計算服務生態，與量子計算產業鏈的眾多企業壹起，***同促進量子計算應用實現，造福人類發展。
參考鏈接：
/2021-02/08/c_1127082245.htm