首个国产量子 *** 作系统本源司南问世：数倍提升量子计算机运行效率

机器之心编辑部

2 月 8 日，首款国产量子计算机 *** 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 *** 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 *** 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 *** 作系统,、奥地利 ParityOS 量子计算机 *** 作系统）。

在量子资源管理方面，已有的 *** 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 *** 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 *** 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 *** 作系统——本源司南

作为中国首款量子计算机 *** 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 *** 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 *** 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 *** 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 *** 作系统直接 *** 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 *** 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 *** 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 *** 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 *** 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：

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

公元前400万能年左右，东非的史前人发明了石刀和卵石器

公元前2万年左右，在法国多敦河区的洞穴里，发现有2万多年历史的内制缝衣针

公元前1万年左右，地中海沿岸居民已发明用鱼网捕鱼

公元前7500年左右，英国的约克君星沼出土的古代短桨，表明当明人类已发明了船

公元前4000年，米索布达米亚人发明了楔形文字

公元前3500年，米索布达米亚的一个苏默人拥有的图章刻有犁的图形，是迄今所知最早的

犁形农具

公元前2000年，米索布达亚人发明 了墙垛建筑技术

公元前1500年，希太特人到处征战，把发明的炼铁技术从那托利亚传到了邻近地区约 公元前11世纪，中国人最早发明瓷器

公元前5~4世纪，中国发明修建了防御用拒界第一长的城墙——万里长城

公元前2850~220年，李冰创造发球设计建造了都江堰这一著名的水利工程

公元前255年，埃及在亚历山大港发明并建立起第一著名的水利工程

公元前130年，亚历山大的希罗发明了汽轮机

公元前10年，罗马建筑师兼作家维特鲁维斯首先在他的著作中提及起重机

公无27~97年，东汉王充在所著《论衡。是应》里曾记载指南工具——司南的发明

公元105年，中国的蔡伦在西汉“灞桥纸”基础上发明了可供大众使用的“蔡候纸”

公元78~139年，张衡发明制造了测定地震方位的“候风地动仪”，同时制造了世界第一台天文仪器“水运浑象仪”

公元362年，古罗马皇皇帝米利首创医院，收容患病公民

公元605~611年，中国修建了世界开凿最早、规模最大、里程最长的人工航道——京杭大运河

公元635年，西班牙塞维尔的圣伊西多记载，已发明了翎羽制造的翎羽笔。

公元700年，西班牙人发明了泰罗熔铁炉，它是现代鼓风炉的雏形

公元683~717年，中国的僧一行首创最先我进的右法《大衍历》，发明了世界上最早的钟表——浑天铜仪和测量太阳运行轨道的黄道游仪

公元1015年，毕升发明活字印刷术

公元1450年，德国人约翰.谷登堡发明了印刷机

公元1565年，瑞士苏黎世人差司那最先描述了铅笔的制造方法

公元1568年，法国数学家贝林发明螺纹车床，切削出来的螺纹规格统一

公元1569年，佛兰德斯地理学家麦卡脱发明了“麦卡脱投影图法”，用以绘制世界地图

公元1589年，英国人威廉.李发明针织机

公元1590年，荷兰的詹生父子发明了显微镜

公元1608年，荷兰的米德尔堡眼镜工人汉斯.李伯锡发明了望远镜

公元1609年，意大利的伽利略发明了空汽温度计

公元1643年，意大利的托里拆利发胆了水银气压计

公元1646年，德国的柯切尔发明了幻灯

公元1650年，德国的格里克发明了空气泵

公元1656年，荷兰数学家惠更斯发明计时的摆钟，1657年他在计时表里装上游丝，使摆转更有规律

公元1587~1661年，中国的宁波应星所著《天工开物》被誉为“中国17世纪的工艺百科全书”

公元1666年，英国的牛顿在剑桥大学首创微积分方法，1668年他发明了反射式望远镜

公元1679年，法籍物理学家班巴班寄出居伦敦时发明了高压锅

公元1696年，西方最早 发明使用信封的是苏格兰国家大臣奥格尔维

公元1701年，在英国伯克郡实验室塔尔发明了播种机，免除了手工播种造成的浪费

公元1709年，意大利人克里斯朵发明了钢琴

公元1712年，英国人纽可门发明了活塞式蒸汽机，从此世界进入“蒸汽时代”

公元1716年，瑞典工程师特里沃德发明了利用管道输送热水给房子各部分供暖的方法

公元1720年，德国的法伦. 海特发明了水银温度计

公元1733年，英国兰开夏纺织工约翰. 凯发明了机械化的快进织布工具——飞梭

公元1741年，瑞典的摄尔赛斯发明把水的冰点至沸点温度划分为100个等份，用来表示温度的数值的百分温标

公元1748年，德国的赞生发明钢笔

公元1752年，美国科学家富兰克林发明避雷针

公元1767年，英国的哈格里夫斯发明珍妮纺纱机

公元1769年，英国的阿克顿特取得水利纺织机专利并于1771年投产

公元1777年，英国的瓦特发明了适用于大工业普遍应用的独立冷凝器蒸汽机

公元1779年，英国的卡朗普顿发明走锭纺织机

公元1783年，法国的蒙哥菲埃兄弟发明了热空气气球

公元1785年，英国的卡特顿特申请了蒸汽动力机械的专利

公元1788年，英国的瓦特和博尔顿发明了摇臂式蒸汽机

公元1792年，英国的默克多发明煤气灯

公元1800年，意大利的伏打发明伏打电池

公元1801年，英国的德维在科学研究所示范电弧灯

公元1807年，美国的富尔顿发明了汽船

公元1814年，英国的斯蒂芬森发明蒸汽机车

公元1818年，英国的戴维发明矿工安全灯

公元1823年，英国的物理学家发明电磁铁

公元1826年，居住在法国的涅普斯发明了照相技术

公元1827年，英国的约翰.约克发明摩擦火柴

公元1829年，法国一名穷裁缝提孟提挨发明陈业用缝纫机

公元1831年，电子之父——英国的法拉第发明了划时代的发明——直流发电机，从此世界进入“电器时代”；法拉弟还发明了变压器。同年，美国人享利发明了电铃

公元1837年，美国的达文波特发明了实用电动机。美国的莫尔斯发明电报

公元1839年，美国的佩奇教授发明电动机车；英国的麦克米伦发明自行车；英国的内史密司发明蒸汽锤；美国的固特异发明硫化橡胶

公元1840年，英国特理学家惠特斯通取得线性感应电动机的专利权

公元1842年，美国人摩尔斯在纽约港海底铺设电缆，供传递电报之用

公元1852年，法国的吉法德发明蒸汽推动的飞船；法国的琼.佛科发明回转仪

公元1856年，意大利人巴尔桑蒂和能上能下仄乌奇发明了实用的内燃机

公元1859年，法国物理学家伯朗台发明实用的蓄电池

公元1862年，美国的加特林发明机关q

公元1867年，瑞典的诺贝发明炸药；美国的威斯汀豪斯发明气刹车；法国的化学家勒朗舍发明了干电池

公元1874年，萨洛蒙在英国发明电动三轮车

公元1876年，美国的贝尔发明的电话首次通话

公元1877年，美国大发明家爱迪生发明了留声机

公元1878年，英国的戴维. 休斯发明炭精微音器

公元1881年，美国的爱财政补贴生在德国取得立体声专利，用于柏林的有线广播；同年，在英国索瑞郡哥达明第一座水力电厂投入生产，用的是西门公子公司制造的水力发电机，向工厂、街道、住宅行商业供电

公元1882年，德国西门公子公司发明的首辆无轨电车在柏林示范

公元1883年，英国的艾弗里特发明了防窃自动售货机出售明信片

公元1884年，英国帕森斯发明现代的蒸汽轮机；美国瓦特曼发明实用的自来水笔

公元1885年，德国的戴姆勒发明汽车

公元1888年，英国邓洛普发明充气轮船

公元1889年，美国芝加哥一家工厂发明适合农场的拖拉机，发动机以汽油为燃料

公元1890年，英国发明的地下铁路通车，运行于伦敦城与南伦敦之间

公元1894年，美国的巴尔的摩一俄克俄铁路实现干式采油树线电气化

公元1895年，德国的伦琴发明X光管，意大利年仅20岁的马可尼在波隆纳附近示范使用无线电；法国的卢米埃兄弟在巴黎初次把电影图像投射到银幕上许观众观赏

公元1896年，英国伦敦电机工程师道辛发明了把电动机装到汽罡的起动机；费辛敦教授在美国示范使用了无线电话；美国人费歇发明的电动洗衣机生产销售

公元1903年，美国威尔和伯奥维尔、赖特发明动力飞机

公元1904年，英国弗莱明发明二极真空管

公元1906年，美国贝克兰发明电机；美国德福雷斯特发明三极真空管

公元1914年，英国斯温顿发明军用坦克车

公元1922年，第一套有声电影《纵火犯》在柏林制成

公元1923年，美国苏鲁金发明电视光电显像管

公元1926年，西班牙人贝尔德和德拉西瓦发明电视机，在伦敦示范用电视接收图像

公元1928年，中国人侯德榜发明侯氏联合制碱法；英国的里卡德兹和里费尔合作发明了世界上第一个自动工作机器人，从此世界进入“电子时代”；美国的法恩慈沃思发明电视显像管

公元1930年，科克罗特和华尔顿在英国剑桥大学建成了首座加带器，把粒子射进原子里；美国的卡罗瑟斯发明尼龙；英国的惠特尔发明喷气式动机

公元1931年，德国柏林化学研究所的哈恩教授宣布他研究的原子核分裂实验获得成功

公元1942年，原籍意大利的物理学家费米礞加哥大学一个壁球场上装置了他发明的世界上第一个原子反应推，引发了持续的原子核反应。从此世界进入“原子时代”

公元1943年，纳粹德国空军的He293型飞机首次用空对导d攻击英国战舰“白鹭”号；匈牙利新闻工作者波罗取得圆珠笔专利，并于1945年投产

公元1945年7月16日，在美国新墨西哥州拉摩戈多空军基地试爆成功原子d

公元1946年美国科学家埃克特和莫利在宾夕法尼亚大学合作研究，为美国陆军军械局发明制造了世界上第一台电子计算机，从此世界进入“信息时代”

公元1948年，美国萧克利发明电晶体；美国巴丁、布拉顿发明半导体晶体三极管

公元1949年，美国发胆家发明火箭，从美国新墨西哥州白沙沙漠发射的“维京”号火箭创下仅用54秒半的时间升空84公里的新纪录

公元1950年，美国的克利等人用单晶锗制成NPN结晶体三极管，促成电子技术小型化的发展

公元1952年，美国碱度平洋马绍尔群岛试爆氢d成功

公元1953年，英国科克雷尔发明鼓翼机

公元1954年，前苏联在奥勃尼斯克建成第一个核能发电厂，并开始向工厂和农场供电

公元1957年10月4日，前苏联发射成功“伴侣1号”世界第一颗人造地球卫星，它重84千克，时速为28800公里，从此世界进入“航天时代”

公元1960年，美国物理化学家梅曼发明了世界上第一个激光器船

公元1961年，前苏联宇航员加加林驾驶世界上第一艘载人太空船“东方一号”在西伯利亚部升空并成功之路返回；美国达拉斯市的德州仪器公司研制成集成电路，并取得了专利，从此世界进入“微电子时代”，开辟了利用硅片新局面

公元1964年，万国商业机器公司在英国和美国出售磁带控制的打字机，兼有打字机和电脑的双重功能，这是世界上第一台文字处理机

公元1971年，前苏联成功地发射了“敬礼”号太空站，并且将袖珍电子计算机在美国投入市场；美国国际通讯公司研究制成微型处理机，在一块硅片内包容了整个电脑的逻辑和计算功能，并取得专利，世界高科技之一的电脑走向全球

公元1981年，美国研制的航天飞机“哥伦比亚”号试航成功，它是世界上第一艘可供重得使用的太空船

公元1991年，美国研制的“太阳挑战者”号太阳能飞机飞越了英伦海峡，动力来源是飞机上的1.6万个太阳电池

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