本文转自：经济日报
□ 本报记者 梁 睿 李思隐
“本源悟空”等量子计算机机群。孙 超摄（资料图片）
2024年9月20日，在2024世界制造业大会上，参观者在参观“本源悟空”超导量子计算机模型。新华社记者 黄博涵摄
想象一下，有一座超大规模的未来计算中心，精密仪器密布其间，数据流以不可思议的速度飞驰。当指令下达瞬间，数以亿计的部件便精准协同、全力运转。要让这一切成为现实，靠的是什么？
答案或许出人意料：不只是更强大的芯片，还需要一个能纵观全局、调度千军万马的“大管家”。
近日，我国首款自主研发的量子计算机操作系统“本源司南”正式面向全球开放下载，其扮演的正是量子计算机体系中“大管家”角色。作为全球首个开放线上下载渠道的量子计算机操作系统，“本源司南”正以开放包容的姿态，推动我国量子计算产业从技术攻坚向产业生态体系建设迈出重要一步。
在针尖上跳舞
在本源量子计算机组装与测试实验室，稀释制冷机发出低沉而规律的“嗡嗡”声，正持续为第三代自主超导量子计算机“本源悟空”营造超低温的运行环境。这台拥有72个计算量子比特的机器，如今已为全球超过160个国家和地区完成80余万次运算任务。
什么是量子计算机？简单来说，它是一种利用量子力学规律进行信息处理的装置，能够完成高速数学与逻辑运算，并实现信息的存储与处理。
传统计算机依赖经典比特来处理信息，每个经典比特只能代表一个确定的状态，也就是“0”或“1”。而量子计算机的基本信息单元是量子比特，这种基于微观粒子（如原子或光子）的量子态构建的单元，具有独特的量子叠加特性，可以同时处于“0”和“1”的叠加状态。正是这一特性，赋予了量子计算机并行处理海量信息的巨大潜力，也为其带来了远超传统计算的强大能力。
“经典计算机解题，好比迷宫里只有你一个人，走不通了就退回重试，需要逐条路排除；而量子计算机解题，就像瞬间派出无数个分身，同时探索所有路径。”中国科学技术大学教授、本源量子首席科学家郭国平比喻。
正是凭借这种并行计算能力，量子计算机有望在几分钟内解决传统计算机需要耗费万年计算的“宇宙级难题”。然而，要让这项前沿科技从实验室走向应用，离不开一个关键的推手——量子计算机操作系统。
当前，随着新一轮科技革命和产业变革加速突破，全球量子计算竞赛正进入生态构建的重要阶段。作为量子资源调度、任务协同、软硬件适配与应用落地的核心枢纽，操作系统层面的突破非常重要。
但做好开发并非易事，与管理成熟稳定硬件的Windows等传统计算机操作系统不同，量子计算机操作系统面对的是极其脆弱的量子单元。“温度波动、微小振动，甚至电磁环境的细微变化，都可能让量子态瞬间崩溃。”郭国平说，“操作量子计算机就像在针尖上跳舞。”
以开放换生态
打开浏览器，检索“本源量子云”，点击进入，便能轻松找到“本源司南”操作系统免费使用入口。作为国内自主研发的科技成果，这款操作系统融合量子计算的诸多特色。
“我们着力让量子计算机从‘需要专家手动调校的精密仪器’转变为工程师也能轻松上手的自动化设备，在核心调度、噪声抑制、错误缓解等关键底层算法下功夫，全面提升量子计算机的稳定性和易用性。”郭国平介绍，“本源司南”还引入自动校准功能，“过去需要依赖经验实时监测量子比特运行状态的工作，如今可由系统自动完成，一旦发现偏差便能及时修正，从而显著降低对人工调参的依赖。”
此外，“本源司南”还加入了高效的并行调度机制，能够合理安排多个计算任务，有效避免算力闲置，提升资源利用率，相关技术已成功部署在国内的“本源悟空”系列量子计算机上，并保持稳定运行。
“现在，任何科研机构、高校或企业都可在本地快速完成系统部署，开展量子算法的研发与验证。”郭国平表示，以自主破垄断，以开放换生态，“量子计算的竞争，本质上是产业生态的竞争，只有通过开放的手段让更多人‘用起来’，愿意在国产量子芯片和系统上做开发，国内量子计算产业才能在快速迭代中补齐短板，构建真正自主可控、可持续的产业生态。”
但开放，远不止于“开源”和“使用”，开发者想要在不同硬件平台之间进行迁移，往往面临巨大的适配成本。由于各类型量子芯片底层的操控指令存在本质差异，每当接触一种新的量子硬件，开发者常常需要重新学习一套指令集、重新构建一套运行环境，极大限制了量子计算应用生态的发展。作为完整的量子计算机操作系统，“本源司南”构建了一套覆盖底层驱动到上层应用的全栈式解决方案，不仅能够直接支持超导、离子阱、中性原子等多种技术路线的量子芯片，还可协同调度量子计算、超级计算与人工智能算力资源，真正使“量子算力”走向可用、可控、可落地。
“通俗地说，我们为量子计算打造了一套‘通用语言’。”郭国平介绍，针对不同技术体系的量子芯片，只需要本地部署“本源司南”，就可以操作硬件，完成校准、调度与优化工作。
开放“本源司南”线上下载通道，量子计算机的底层能力将有效“工具化”。硬件厂商有系统可用，开发者有平台可依，最终让普通用户有算力可调，让更多人参与到量子计算的创新中来。
融入生产生活
当前，量子计算正处于从原型机向工程机过渡的关键应用期，未来5年是量子计算技术从实验室原型向市场化应用转化的关键窗口期。
作为量子资源调度、任务协同、软硬件适配与应用落地的核心枢纽，“本源司南”提前搭建起软件底座，让应用开发与硬件研发并行，有效推动量子计算从实验室走向行业应用。
目前，依托“本源司南”，量子计算机已在多个关键领域展现出广泛的应用前景。在金融领域，它成功支撑“本源悟空”运行全球最大规模的投资组合优化应用；在生物医药领域，作为底层软件核心，“本源司南”高效驱动了乳腺钼靶检测、药物分子性质预测及药物分子对接等关键应用，为药物研发与精准医疗开辟了量子加速的全新路径。
然而，快速发展的背后，量子计算也面临新的挑战。如何让更多开发者“有工具可用、有场景可做”，正成为推动技术普及的关键命题。
当前，我国已在“三硬三软”六大核心能力上系统布局，但在专用算法工具链层面仍显薄弱，尚未催生出具有广泛影响力的“杀手级”应用。硬件的进步需要应用牵引，软件的成熟需要开发者验证，而技术的最终落地则离不开行业用户的信任。从“造出来”到“用起来”，生态规模与应用丰富度的不足，依然是横亘在技术与产业之间的现实鸿沟。
郭国平认为，应充分利用现有超导量子计算机及超算中心的资源优势，加快推动“量超融合”计算中心建设。同时，深入实施“千家场景”行动计划，在金融、政务、通信、生物医药等重点领域，面向全国征集和遴选标杆应用场景，让新技术“有地方可用、有场景可练”。
技术落地需要载体，创新突破离不开方向指引。在量子计算加速走向应用的进程中，以“司南”命名的量子计算机操作系统已迭代至4.0版本。它既象征着前行的方向，也承载着探索的使命。展望未来，量子计算有望逐步成为润物无声、无处不在的新型基础设施，以更高效、更安全、更智能的方式，融入生产、生活、医疗、交通和金融的每一个角落，为智能社会筑牢底层基石。
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