中國量子計算產業按下“加速鍵”

2025年是聯合國宣布的量子科學與技術國際年。作為全球科技領域的研究熱點，量子計算的基本計算單元為量子比特，與經典計算機中的比特具有相同的功能，即存儲與處理數據。因其強大的計算能力，量子計算在攻克復雜計算難題上展現出經典計算機難以企及的優勢。目前，量子計算已被視為人類科技發展的下一個重要突破口，是全球科技領域具有巨大前景的研究和應用方向。

以2003年中國第一個量子計算研究小組成立為標志，中國量子計算已走過20多年歷程，實現了從0到1的巨大跨越、蓬勃發展。2024年1月6日，中國第三代自主超導量子計算機“本源悟空”上線運行，標志著中國進入算力可用時代。從2024年1月6日至今，“本源悟空”上線已超一周年。期間，“本源悟空”已為來自全球139個國家逾1800萬用戶完成超32萬個量子計算任務。以“本源悟空”為代表的中國量子計算產業正在按下發展“加速鍵”，并在應用探索領域展現出廣闊前景。

自主算力首次出海

2024年11月，中國首家量子計算公司——本源量子計算科技（合肥）股份有限公司（簡稱本源量子）向海外首次銷售中國自主量子算力——中國第三代自主超導量子計算機“本源悟空”的計算機時。

在信息時代，算力體現國力。中國科學院量子信息重點實驗室副主任、“本源悟空”科研團隊主要負責人郭國平告訴本報記者：“算盤和現有計算機的算力差距，就是現有計算機和量子計算機的算力差距?！?/p>

“本源悟空”由本源量子團隊自主研發，是中國第三代自主超導量子計算機，搭載72位自主超導量子芯片“悟空芯”。“悟空芯”采用了72個計算量子比特的設計方案，還包含126個耦合器量子比特，共有198個量子比特，其實際運行狀態下的量子比特弛豫時間T1（在量子計算中，量子比特從激發態回到基態所需的時間）大于等于15.3微秒，退相干時間T2（量子比特在保持其相干性之前的時間長度）大于等于2.25微秒?；谠摽盍孔有酒摹氨驹次蚩铡绷孔佑嬎銠C可一次性下發、執行多達200個量子線路的計算任務，與只能同時下發、執行單個量子線路的國際同類量子計算機相比具有更大的速度優勢。

“本源悟空”還搭載了中國首個量子計算機操作系統——本源司南3.0版本。這一系統在國內首次實現了對量子計算任務批處理的支持，不僅支持量超協同計算，還可高效調度量子計算資源，大幅提升量子計算機整機運行效率。

2024年4月10日，“本源悟空”成功裝備中國首個PQC（后量子密碼）“抗量子攻擊護盾”，這使“本源悟空”能更好抵御其他量子計算機的攻擊，確保運行數據安全。從算力提升到“攻守兼備”，中國量子計算機制造鏈更加完備。

安徽省量子計算工程研究中心副主任、“本源悟空”云服務研制團隊負責人趙雪嬌告訴本報記者：“目前，本源量子與美國相關科技公司是同價向國際市場出售超導量子算力。外國企業購買中國自主量子算力，是國際市場對中國量子計算技術實力的認可?！?/p>

技術賦能更多領域

目前，中國的量子算力已應用于計算流體動力學、金融、生物醫藥等多個重要領域。

計算流體動力學廣泛應用于航空航天、汽車工程、船舶設計等領域，與飛行器、汽車及船舶的外形設計都緊密相關。算力提升可以加快飛機、汽車的更新迭代并降低設計成本。然而，傳統計算機越來越難以滿足這些領域對計算規模、計算精度和計算速度的要求。

量子計算為計算流體動力學提供了新的算力選擇。相較于傳統方法，量子計算能夠顯著加速流體動力學仿真過程，從而大幅縮短研發周期并節省經費。

2024年10月25日，中國科學家在“本源悟空”上，成功完成了全球最大規模的量子計算流體動力學仿真，標志著國產量子算力在解決實際問題方面取得重要進展。相關成果發表在國際期刊《應用力學與工程中的計算機方法》上。郭國平表示：“此次研究不僅證明中國自主超導量子計算機具備開展大規模、高精度流體動力學研究的能力，也為我們探索更多復雜科學問題提供了新工具和新方法?！?/p>

在金融領域，量子計算可以用于風險管理、投資組合優化、期權定價和金融市場預測等方面。通過量子算法，金融機構可以更快速準確地分析大量數據，為投資者提供更精確的投資建議?！氨驹次蚩铡贝饲吧暇€的全球首個采用分布式量子計算思路設計、規模最大的投資組合優化真機應用，依托“悟空芯”量子芯片，在處理相同規模問題上，資源消耗遠低于經典計算機，為處理大規模投資組合優化問題、得出特定風險偏好類型下的最佳收益組合開辟了更高效的路徑。

在生物醫藥行業，量子計算能夠助力藥物設計、蛋白質結構預測、醫療數據的分析與處理等關鍵領域?！氨驹次蚩铡蹦壳耙焉暇€分子對接預測應用、藥物毒性預測應用、藥物相互作用預測應用等多款基于真實量子計算芯片的應用。其中，藥物相互作用預測應用以“本源悟空”為計算后端，采用了量子混合神經網絡算法，結合了量子神經網絡的節點編碼能力和經典圖神經網絡的結構優勢，不僅提高了藥物相互作用預測的準確性，還大幅度縮短了研發時間，為藥物開發領域帶來了巨大進步。

2023年，本源量子與蚌埠醫科大學達成合作，共探量子計算在輔助醫學圖像識別、疾病診斷、藥物篩選、診斷標志物發現等生物醫藥領域的應用。以診治乳腺癌為例，通過將量子計算與深度學習方法結合，本源量子設計了混合經典量子圖像算法，針對乳腺鉬靶圖像的分類、分割進行高精度快速分析，幫助臨床醫生更加準確高效地對患者病情做出判斷，讓醫生在診治乳腺癌時也用上了中國自主可控量子算力。

用好育才“中國筷子”

發展量子計算產業，對量子計算專業人才的培養至關重要。據統計，近年來已有眾多國家將量子科技人才培養納入國家計劃。

中國應該如何培養未來的自主量子計算人才？是跟隨西方量子計算教育方案，還是使用“中國筷子”——中國自主的量子計算教育方案培養人才？“這是關乎未來的一個重要選擇?！壁w雪嬌說。

用量子計算教育的“中國筷子”培養人才，是中國選擇的道路。近年來，中國正在通過前瞻性部署自主量子計算教育方案，構建全面的量子計算教育體系，為量子科技這一未來產業發展奠定堅實的人才基礎。自2020年教育部首次增設量子信息科學專業以來，全國已有13所高校獲批開設。值得一提的是，目前中國已有60余所高校采用本源量子自主量子計算教育系統，量子計算教育的“中國筷子”正在逐步壯大。

“我們已與長江大學、湖北師范大學等多所高校開展合作，通過建設量子計算實驗室、量子通信實驗室、量子科技科普基地等，為高校打造量子人才教學科研載體，構建自主化量子計算機真機環境，培養出具備量子計算機實踐能力和創新研究能力的人才?！壁w雪嬌告訴本報記者。

目前，重慶郵電大學、北京理工大學、西安交通大學已經引入本源量子全物理體系量子計算學習系統；中南大學、江漢大學、桂林電子科技大學等高校已成功搭建量子計算教研一體化平臺；北方工業大學、北京師范大學與天津師范大學等已在校內部署量子計算學習機。

本源量子還與高校協同開發定制化量子計算教學資源。比如，蚌埠醫科大學與本源量子共建了國內首個量子計算數據醫學實驗班，攜手培養能夠運用量子計算處理醫學大數據的復合型醫學人才。

郭國平認為，中國的量子計算事業需要一代又一代人的接續努力?；鶎恿孔佑嬎憧萍脊ぷ髡卟粌H要造出可用的量子計算機，也要為國家培養有用的量子計算人才?！拔覀儗㈤_放核心實驗室，讓中國高校學生用中國造量子計算機實踐學習量子計算知識，培養更多更好中國量子計算人才?！惫鶉秸f。(記者 楊俊峰)