首个国产量子操作系统「本源司南」问世：可数倍提升量子计算机运行效率

2021 年 2 月 9 日 机器之心

机器之心报道

机器之心编辑部

首款国产量子计算机操作系统——本源司南已于 2 月 8 日问世。

2 月 8 日，首款国产量子计算机操作系统——「本源司南」在安徽省合肥市正式发布。该系统由合肥本源量子计算科技有限责任公司自主研发，可以实现 量子资源系统化管理、量子计算任务并行化执行、量子芯片自动化校准 等全新功能，助力量子计算机高效稳定运行。

与经典计算机相比，量子计算机在解决很多问题方面都具有先天优势，因此成为各大科技巨头重点加码的一个赛道。但与经典计算机一样，量子计算机颠覆性的算力提升也离不开软硬件协同发展，以操作系统为代表的基础软件服务直接影响量子计算机的性能表现。

然而，现有的量子计算机操作系统还存在一些缺陷，如普遍 缺少量子资源管理、多量子计算任务并行处理、量子芯片自动化校准功能 等（例如英国 Deltaflow.OS 量子计算机操作系统,、奥地利 ParityOS 量子计算机操作系统）。

在量子资源管理方面，已有的操作系统不能对量子比特资源进行有效分配管理，只允许量子计算机在某一时间段处理一个任务，即使该任务无需使用全部量子比特资源。因此，如果能够实现多量子计算任务并行处理，量子计算机的算力利用效率就可以大大提升。

此外，由于量子系统的脆弱性与不稳定性，量子芯片在运行一段时间后需要进行维护校准，从而保证运行结果的可靠性。然而，已有的量子计算机操作系统不涉及自动化校准，需要人工进行芯片调试校准，耗费大量时间，影响量子计算机运行的长期稳定。

这些问题的存在使得我们难以有效利用当前稀缺的量子计算资源。

本源司南针对这些痛点进行了多方面改进，能够数倍提升现有量子计算机的运行效率，有效提高了量子芯片的整体利用率。

中科院院士、中科院量子信息重点实验室主任郭光灿表示：「如果把量子芯片比喻成人的心脏，量子计算机操作系统就相当于人的大脑，量子应用软件则是血肉。」

此外，「本源司南」的研发成功也标志着国产量子软件研发能力已达到国际先进水平。国产量子软件系统架构渐趋完善，对推动量子计算核心技术自主可控、培养用户使用习惯以及量子计算机实用化进程具有重大意义。

首款国产量子计算机操作系统——本源司南

作为中国首款量子计算机操作系统，「本源司南」的发布引发了学界和业界的关注。

具体而言，本源司南操作系统的特点包括：

高效资源管理 + 自动化校准，支持量子计算机高效稳定运行；
研发与应用模式自由切换，满足用户多样化使用需求；
兼容多种量子计算系统，打造通用量子计算机操作系统。

首先，本源司南解决了已有产品无法管理量子资源、不能并行处理多量子计算任务、缺少自动化校准量子芯片等功能缺陷。除了具备经典操作系统的基础功能之外，也带来了高效利用量子计算机资源的解决方案。

针对任务和问题，本源司南的量子资源管理功能不仅支持多量子任务的并行计算与调度，更支持对量子计算机持续不间断的校准优化。尤其是后者，它可以有效控制量子计算机因量子物理特性产生的性能浮动，确保执行任务时，量子计算机处于最佳性能状态。

其次，当前量子计算机主要用于科学研究与探索商业化应用，二者的具体需求有别，所使用的量子计算机类型也有所不同。针对不同类型量子计算机的特征和用户需求，本源司南提供应用模式和研发模式的无成本兼容，使量子计算机不仅能为商业用户开发出满足特定应用场景的应用，也能为科研用户提供服务，用于研制更强大的量子计算机。

研发模式是指支持用户基于量子计算机操作系统直接操控一体机及相关设备，以达到调试及优化量子芯片性能指标的目的；应用模式是指支持用户基于量子计算机操作系统运行编码完成的量子程序。

此外，基于当前量子计算硬件系统还未实现技术收敛的发展现状，本源司南可支持多种量子计算系统，能够接入具有多个量子处理器核心的量子计算机高性能工作站，包括超导量子处理器、半导体量子处理器、离子阱量子处理器，或是混合量子处理器。用户只需要通过口令，接入管理员部署的一台经典服务器，即可使用全部功能。

本源司南旨在缩短一台全新量子计算机投入运行的时间，同时支持分布式量子计算和集成量子存储设备的管理服务。基于以上特性，用户只需专注程序设计开发，无需花费时间了解量子计算背后的运行原理。 郭光灿介绍，据研究人员测试，本源司南量子计算机操作系统能够数倍提升现有量子计算机的运行效率 。

本源量子

「本源司南」由合肥本源量子计算科技有限责任公司自主研发。本源量子成立于 2017 年 9 月，团队技术起源于中科院量子信息重点实验室，创始人兼首席科学家是中国科学技术大学物理学院教授、中科院量子信息重点实验室副主任郭国平，联合创始人兼科学顾问为中国科学院院士、中科院量子信息重点实验室主任郭光灿。该公司以量子计算机的研发、推广和应用为核心，专注量子计算全栈开发，各软硬件产品。

近年来，本源量子公司先后开发出量子测控一体机、量子计算机「悟源」等产品，并上线 6 比特的超导量子计算云平台。该公司介绍称，此次新发布的量子计算机操作系统，将用在量子计算云平台上，提供给全球用户体验。

目前，「本源司南」已经在本源量子的产品中得到应用。本源量子研发团队利用量子卷积神经网络模型开发出的量子图像识别应用，可将图像识别任务转化为多个量子线路，在经过量子态数据编码之后，这些量子线路就处于排队等待运行状态。通过「本源司南」的统一调度管理，这些量子线路在单个量子芯片上可以被并行执行，不仅大大减少了整体线路运行时间，还有效提高了量子芯片的整体利用率，使得当前有限的量子计算资源得到最大化利用。

本院量子表示，未来，本源量子团队将基于具备完全自主知识产权的本源量子计算机集群、本源司南量子计算机操作系统、本源量子云平台以及丰富的量子软件与应用，打造完善且开放的量子计算服务生态，与量子计算产业链的众多企业一起，共同促进量子计算应用实现，造福人类发展。

参考链接：

https://mp.weixin.qq.com/s/a5F5ZPY1uPkQ7Wl8WNKmfg

http://www.ah.xinhuanet.com/2021-02/08/c_1127082245.htm

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