支持500 量子比特！第四代国产量子计算测控系统发布

05-13 07:48

电子爱好者网报道(文章 / 近日，我国第四代自主量子计算测控系统吴子鹏) "本源天机 4.0 " 这一成果正式发布，标志着我国量子计算产业在工程生产能力方面取得了里程碑式的突破。该系统由源头量子计算技术(合肥)有限公司开发，安徽省量子计算工程研究中心参与支持。 "本源天机 3.0 " 在第三代超导量子计算机中成功应用 “本源悟空” 之后的重大升级，为百比特等量子计算机的量产奠定了核心基础。

支持 500 量子比特的 "本源天机 4.0 "

"本源天机 4.0 " 显著提高了硬件性能和软件生态性能。该系统支持 500 与上一代系统相比，量子比特的并行操作可扩展性提高。硬件集成度提高50% 3 倍增，稳定性增强 3 倍。测试量子计算技术发展的核心指标之一就是量子比特数量，它的改进不仅体现了技术性能的突破，而且对量子计算的实际应用和产业变革具有战略价值。

由于量子比特的叠加和纠缠特性，量子计算的核心优势可以实现并行计算。每次增加一个量子比特，量子计算机的状态空间就可以 2 的 n 次方（n 速度增长是量子比特数)。例如，“本源天机” 4.0 " 支持的 500 理论上，量子比特的状态空间远远超过宇宙中的原子总数，可以同时处理 2 的 500 次方计算路径，远远超过了经典计算机的线性处理量。

“本源天机”是安徽省量子计算工程研究中心副主任开发团队负责人孔伟成表示，团队自主开发了一系列底层软硬件架构，进一步加强了量子芯片的高效控制和准确读取，可以大大缩短量子计算机的研发和交付时间。

"本源天机 4.0 " 同时也实现了软件生态的协同升级，系统还配备了四个核心软件：

Naga&Venus：可实现多客户、多任务的资源调度和监控，作为服务端管理软件；

Monster：支持脉冲序列快速生成和优化的超导量子比特底层控制服务软件；

Visage：能够实时监控量子比特的全界面调控分析软件 “生命体征”(例如频率、相位、放松时间等)，并通过机器学习算法自动校准参数；

Storm：操作系统连接软件，可以无缝连接量子计算机操作系统，支持多语言开发环境(例如 Q#、Cirq）。

在这些软件中，全界面量子芯片调控分析应用 Visage，超导量子芯片调节的传统模式将被颠覆。本源量子首席科学家郭国平指出，工程生产能力的提高预计将缩短量子计算机的研发周期在占领全球量子计算制高点的同时，60%的交付效率也将显著提高。

“本源天机除特性增强外，” 4.0 " 国内量子计算测控系统和量子计算机的应用边界将进一步扩大。上代系统 "本源天机 3.0 " 已支撑 “本源悟空” 全世界都有量子计算机 139 个别国家和地区的用户提供了超级用户 2600 完成人次服务 38 一万多个计算任务，包括金融、生物医药、流体力学等。现在，“本源天机” 4.0 " 正在支持中国下一代自主量子计算机的研发，目标是量产千比特等量子芯片。

全球量子计算竞赛越来越激烈

目前，全球量子计算竞赛呈现出技术路线多样化、国家战略密集部署、产业应用加速的白热化趋势。这场比赛不仅关系到技术突破，还关系到国家科技主权、产业链主动权和未来产业制高点的竞争。

就进展而言，中美日目前正处于全球量子计算发展的领先地位，国内 "本源天机 4.0 " 这是一个新的里程碑。美国公司 IBM 在量子计算领域，谷歌也取得了长足的进步。在 2023 年 IBM 量子峰会，IBM Quantum Heron 作为 IBM 到目前为止，性能最好的量子处理器已经发布， 133 全新的量子位结构显著降低了错误率。根据 IBM 产品路线图，到 2033 2008年，以量子为核心的超级计算机将包含 1000 一个逻辑量子比特，届时量子计算的潜力将得到充分释放。

谷歌于 2024 年 12 月推出的 105 量子比特 " Willow " 芯片完成了 “低于阀值” 量子纠错，解决了近距离 30 年度技术瓶颈。具体来说，Willow 在超导量子计算芯片中，量子比特差错率受到明显抑制，其中单量子比特的平均差错率仅为 0.035%，双量子比特的平均差错率也只有 0.33%。这就是说，这种全新的量子计算芯片特别适合使用 “量子纠错”，并有望实现大规模扩展，走向实际应用。

今年，日本富士通公司和理化研究所在日本。 4 月份联合发布 256 超导量子计算机的量子比特数是上一代机型的量子比特数。 4 倍数，可以让使用这个计算机平台的计算能力提升到原来的 4 倍。根据介绍，团队采用可扩展的三维连接结构， 4 在不影响量子比特设计和布局的情况下，个量子比特是一个基本单元，完成了量子比特数的高效扩展。这个研究结果是有计划的 2025 财年通过 “富士通混合量子计算平台” 向全球用户开放。

目前，全球量子计算竞赛已从技术研发阶段进入工程量产和场景应用的关键阶段。中国和美国在超导和光量子领域形成了双极竞争，欧盟、日本和加拿大在细分领域不断取得突破。然而，各国和地区的量子计算研究仍处于早期探索阶段，应继续优化纠错和稳定性、能耗和成本。

结语

“本源天机”作为我国量子计算工程化进程的重要一跃， 4.0 " 发布不仅意味着国内测控系统从技术验证向规模应用的质变，也意味着国内测控系统的质变 500 量子比特的操纵能力，为千比特等量子芯片量产拉开了序幕。在全球量子计算从实验室走向产业化的关键转折点上，中国正在与美国、日本等技术强国形成多元化技术路线竞争，拥有自主可控的底层软硬件架构。随着工程化能力的不断突破和应用场景的深入挖掘，这场全球量子革命始于技术竞赛，最终将为人们解决复杂的系统问题开辟一个新的层次，在计算范式的重构中。

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