2025-06-08 08:00:09
【导语】上月，中国科技界迎来重大突破——支持500+量子比特的中国第四代自主量子计算测控系统“本源天机4.0”正式发布。这一里程碑式成就不仅标志着中国在量子计算领域的工程化生产能力迈上新台阶，更引发了公众对量子计算机这一前沿技术的广泛关注。从神秘的科研领域到逐步走进大众视野，量子计算机以其独特的并行计算能力和量子纠缠现象，正预示着一个全新计(jì)算(suàn)时(shí)代(dài)的(de)到(dào)来(lái)。本(běn)文将(jiāng)深(shēn)入(rù)探(tàn)讨(tǎo)量(liàng)子(zi)计(jì)算(suàn)机(jī)的(de)基(jī)本(běn)原(yuán)理(lǐ)、“本(běn)源(yuán)天(tiān)机(jī)4.0”的(de)升(shēng)级(jí)亮(liàng)点(diǎn)及(jí)其(qí)未(wèi)来(lái)应(yīng)用(yòng)前(qián)景(jǐng)，带(dài)您(nín)一(yī)窥(kuī)这(zhè)一(yī)科(kē)技(jì)革(gé)命(mìng)的(de)壮(zhuàng)阔(kuò)图(tú)景(jǐng)。
上月，科技界又迎来一个大新闻：
支持500+量子比特的
中国第四代自主量(liàng)子(zi)计(jì)算(suàn)测(cè)控(kòng)系(xì)统(tǒng)
“本(běn)源(yuán)天(tiān)机(jī)4.0”正(zhèng)式(shì)发(fā)布(bù)！
在(zài)科(kē)技(jì)飞(fēi)速(sù)发(fā)展(zhǎn)的(de)今(jīn)天(tiān)，量(liàng)子(zi)计(jì)算(suàn)机(jī)逐(zhú)渐(jiàn)从(cóng)神(shén)秘(mì)的(de)科(kē)研(yán)领(lǐng)域走(zǒu)进(jìn)大(dà)众(zhòng)视(shì)野(yě)，成(chéng)为(wèi)科(kē)技(jì)界(jiè)的(de)热(rè)门(mén)话(huà)题(tí)。很(hěn)多(duō)朋(péng)友(you)看(kàn)到(dào)这(zhè)个(gè)新(xīn)闻(wén)，第(dì)一(yī)反(fǎn)应(yīng)是(shì)：量(liàng)子(zi)计(jì)算(suàn)？这(zhè)听(tīng)起(qǐ)来(lái)好(hǎo)高(gāo)深(shēn)，和(hé)我(wǒ)们(men)的(de)日常生活能有啥关系呢？今天，咱们就来唠唠这个话题。
“本源天机4.0” 来源：科技日报 孙超 摄
什么是量子计算机？量子计算机，简单来说，是一种基于量子力学原理运行的计算机。要理解它，我们得先认识量子计算机的基本信息单位——量子比特（qubit）。
在传统计算机中，信息以比特为单位存储和处理，一个比特只有0和1两种状态。而量子比特则神奇得多，它不仅可以处于0或1状态，还能以这两种状态的叠加态存在。这就好比一个传统的开关，只能是开或关；而量子比特如同一个既开又关的 “超级开关”，拥有更丰(fēng)富(fù)的(de)信(xìn)息(xi)承(chéng)载(zài)能(néng)力(lì)。这(zhè)种(zhǒng)叠(dié)加(jiā)态(tài)使(shǐ)得(de)量(liàng)子(zi)计(jì)算(suàn)机(jī)能(néng)够(gòu)同(tóng)时(shí)对(duì)多(duō)个(gè)数(shù)据(jù)进(jìn)行(xíng)处(chù)理(lǐ)，大(dà)大(dà)提(tí)升(shēng)了(le)计(jì)算(suàn)效(xiào)率(lǜ)。想(xiǎng)象(xiàng)一(yī)下(xià)，传(chuán)统(tǒng)计(jì)算(suàn)机(jī)像(xiàng)一(yī)个(gè)人(rén)一(yī)次(cì)只(zhǐ)能(néng)走(zǒu)一(yī)条(tiáo)路，而(ér)量(liàng)子计算机则像一个人可以同时在多条道路上并行前进，速度自然不可同日而语。
此外，量子比特之间还存在一种奇妙的现象——量子纠缠。处于纠缠态的两个或多个量子比特，无论相隔多远，它们的状态都相互关联，其中一个量子比特状态的改变，会瞬间影响到其他纠缠的量子比特。这种特性为量子计算机实现复杂的并行计算提供了强大支持。
“本源天机4.0”有哪些升级？
“本源天机4.0”的正式发布标志着我国量子计算产业已具备可复制、可迭代的工程化生产能力，为百比特级量子计算机量产奠定了产业化基础。它负责生成、采集和控制量子芯片的精密信号，直接决定了量子芯片能否发挥出最佳性能。打个比方，如果把量子计算机比作一个超级大脑，那“本源天机 4.0” 就是这个大脑的指挥官，指挥着每一个神经元高效运作。
安徽省量子计算工程研究中心副主任、“本源天机”研制团队负责人孔伟成博士介绍，“本源天机4.0”额外搭载四大核心软件：
• 量子计算测控系统服务端管理软件Naga&Venus；
• 超导量子比特底层操控服务软件Monster；
• 全界面量子芯片调控分析应用软件Visage；
• 量子计算机操作系统连接软件Storm。
量子芯片“中控智慧大脑”Visage的开发，创新性地实现和带动了超导量子芯片的自动化辅助控制技术的进步，显著提高超导量子芯片测试的效率和准确性。
据悉，自“本源天机3.0”上线以来，已为(wèi)来(lái)自(zì)全球(qiú)139个(gè)国(guó)家(jiā)和(hé)地(de)区(qū)的(de)超(chāo)2600万(wàn)人(rén)次(cì)，完(wán)成(chéng)38万(wàn)余(yú)个(gè)量(liàng)子(zi)计(jì)算(suàn)任(rèn)务(wu)，深度赋能金融、生物医药、流体动力学等领域。“本源天机4.0”是继3.0版本成功应用于我国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”后的重大升级，在扩展性、集成度、性能稳定性及自动化水平方面实现跨越式提升。
未来我们普通人能用上吗？有哪些应用领域？
中国科学院量子信息重点实验室主任，中国科学院院士郭光灿表示，作为一种基于量(liàng)子(zi)力(lì)学(xué)原(yuán)理(lǐ)来(lái)实(shí)现(xiàn)计(jì)算(suàn)的(de)新(xīn)型(xíng)计(jì)算(suàn)机(jī)，量(liàng)子(zi)计(jì)算(suàn)机(jī)具(jù)备(bèi)强(qiáng)大(dà)的(de)并(bìng)行(xíng)计(jì)算(suàn)能(néng)力(lì)，N个(gè)量(liàng)子(zi)比(bǐ)特(tè)能(néng)够(gòu)在(zài)同(tóng)一(yī)时间内存储2N个数(shù)据(jù)，并(bìng)且(qiě)通(tōng)过(guò)一(yī)次(cì)操(cāo)作(zuò)即(jí)可(kě)同(tóng)时(shí)将(jiāng)这(zhè)2N个(gè)数(shù)据(jù)转(zhuǎn)换(huàn)为(wèi)新(xīn)的(de)2N个(gè)数(shù)据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)并(bìng)行(xíng)能(néng)力(lì)使(shǐ)得(de)量(liàng)子(zi)计(jì)算(suàn)机(jī)处(chù)理(lǐ)特(tè)定(dìng)问(wèn)题(tí)时(shí)相(xiāng)较经典计算机具备特别的优势。
科研人员在调试安装国产自主超导量子计算机。来源：安徽省量子计算工程研究中心2024年年初，我国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”成功接入上海超算中心、国家超算郑州中心、长三角枢纽芜湖集群，并面向全球用户提供服务。截至目前已被139个国家和地区的用户访问超2300万次，完成了35万个量子计算任务，证明我们的量子计算机具备实用价值。未来，量子计算必然会走入大众应用时代，但可能不会人手一台量子计算机，而是通过云端提供量子算力，相当于人人都能够拥有一个超算中心。
当前，全球有超过100个企业案例活跃在能源、医疗保健、金融、汽车、航空航天、物流等行业。国际商业机器公司（IBM）的研究证明，利用量子经典协同工作，100+比特量子计算机可以探索化学、材料领域的实用级问题，并与化工、汽车、能源、航空等领域的众多合作者迅速推进应用，行业内预测量子计算产生商业价值的时间大大提前。
未来已来，值得期待
量子计算机作为一项极具颠覆性的前沿技术，正在引领我们走向一个全新的计算时代。虽然目前还面临诸多挑战，但科学家们的不懈努力正在逐步攻克这些难题。安徽省量子计算工程研究中心主任、本源量子首席科学家郭国平教授表示：当前“本源天机4.0”正支撑着中国下一代自主量子计算机的研发攻关，在全球量子科技竞争中，全面构建自主可(kě)控(kòng)的(de)“中国方案”。
相信在不久的将来，量子计算机将走出实验室，广泛应用于各个领域，为人类社会的发展带来前所未有的变革。让我们拭目以待，见证这一伟大科技革命的到来！
编辑：四月
综合整理自人民日报、中央纪委国家监委网站、中国科学院、科技日报、快科技、广州科普
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