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，量子運算的基本運算單元為量子位元，與經典電腦中的位元具有相同的功能，即儲存與處理資料。因其強大的運算能力，量子計算在攻克複雜計算難題上展現出經典電腦難以企及的優勢。目前，量子運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與應用方向。
以2003年中國第一個量子計算研究小組成立為標誌，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電腦「本源悟空」上線運行，標誌著中國進入算力可用時代。從2024年1月6日至今，「本源悟空」上線已超一週年。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”，並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－本源量子運算科技（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電腦「本源悟空」的計算機時。
在資訊時代，算力體現國力。中國科學院量子資訊重點實驗室副主任、“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。”
「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位元自主超導量子晶片「悟空芯」。 「悟空芯」採用了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）大於等於15.3微秒，退相干時間T2（量子位元在維持其相干性之前的時間長度）大於等於2.25微秒。基於此款量子晶片的「本源悟空」量子電腦可一次性下發、執行多達200個量子線路的運算任務，與只能同時下發、執行單一量子線路的國際同類量子電腦相比具有更大的速度優勢。
「本源悟空」也搭載了中國首個量子電腦作業系統－本源司南3.0版本。此系統在國內首次實現了對量子運算任務批次的支持，不僅支援量超協同運算，還可高效調度量子運算資源，大幅提升量子電腦整機運作效率。
2024年4月10日，“本源悟空”成功裝備中國首個PQC（後量子密碼）“抗量子攻擊護盾”，這使“本源悟空”能更好抵禦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”，中國量子電腦製造鏈更加完備。
安徽省量子運算工程研究中心副主任、「本源悟空」雲端服務開發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運算技術實力的認可。
技術賦能更多領域
目前，中國的量子算力已應用於計算流體動力學、金融、生物醫藥等多個重要領域。
計算流體動力學廣泛應用於航空航太、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、汽車的更新迭代並降低設計成本。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。相較於傳統方法，量子運算能夠顯著加速流體力學模擬過程，從而大幅縮短研發週期並節省經費。
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運算流體動力學仿真，標誌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電腦方法》。郭國平表示：“此次研究不僅證明中國自主超導量子電腦具備開展大規模、高精度流體動力學研究的能力，也為我們探索更多複雜科學問題提供了新工具和新方法。”
在金融領域，量子運算可以用於風險管理、投資組合最佳化、選擇權定價和金融市場預測等方面。透過量子演算法，金融機構可以更快速且準確地分析大量數據，為投資者提供更精確的投資建議。 「本源悟空」先前上線的全球首個採用分散式量子運算思路設計、規模最大的投資組合優化真機應用，依托「悟空芯」量子晶片，在處理相同規模問題上，資源消耗遠低於經典計算機，為處理大規模投資組合最佳化問題、得出特定風險偏好類型下的最佳收益組合開闢了更有效率的路徑。
在生醫產業，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。 「本源悟空」目前已上線分子對接預測應用、藥物毒性預測應用、藥物交互作用預測應用等多款基於真實量子計算晶片的應用。其中，藥物交互作用預測應用以「本源悟空」為計算後端，採用了量子混合神經網路演算法，結合了量子神經網路的節點編碼能力和經典圖神經網路的結構優勢，不僅提高了藥物交互作用預測的準確性，也大幅縮短了研發時間，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合作，共探量子運算在輔助醫學影像辨識、疾病診斷、藥物篩選、診斷標記發現等生物醫學領域的應用。以診治乳癌為例，透過將量子運算與深度學習方法結合，本源量子設計了混合經典量子影像演算法，針對乳房鉬靶影像的分類、分割進行高精度快速分析，幫助臨床醫師更準確且有效率地對患者病情做出判斷，讓醫師在診治乳癌時也用上了中國自主可控量子算力。
用好育才“中國筷子”
發展量子運算產業，對量子運算專業人才的培養至關重要。根據統計，近年來已有許多國家將量子科技人才培養納入國家計畫。
中國該如何培養未來的自主量子運算人才？是跟隨西方量子運算教育方案，還是使用「中國筷子」——中國自主的量子運算教育方案培養人才？ 「這是關乎未來的重要選擇。」趙雪嬌說。
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，中國正透過前瞻性部署自主量子運算教育方案，建構全面的量子運算教育體系，為量子科技這項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資訊科學專業以來，全國已有13所大學獲批開設。值得一提的是，目前中國已有60多所大學採用本源量子自主量子運算教育系統，量子運算教育的「中國筷子」正逐步壯大。
「我們與長江大學、湖北師範大學等多所大學開展合作，透過建造量子運算實驗室、量子通訊實驗室、量子科技科普基地等，為大學打造量子人才教學科研載體，建構自主化量子電腦真機環境，培養出具備量子電腦實踐能力和創新研究能力的人才。
目前，重慶郵電大學、北京理工大學、西安交通大學已引進本源量子全物理系統量子運算學習系統；中南大學、江漢大學、桂林電子科技大學等大學已成功建構量子運算教研一體化平台；北方工業大學、北京師範大學與天津師範大學等已在校內部署量子計算學習機。
本源量子也與大學協同開發客製化量子運算教學資源。例如，蚌埠醫科大學與本源量子共建了國內首個量子計算資料醫學實驗班，攜手培養能運用量子計算處理醫學大數據的複合型醫學人才。
郭國平認為，中國的量子運算事業需要一代又一代的接續努力。基層量子計算科技工作者不僅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。 「我們將開放核心實驗室，讓中國高校學生用中國造量子電腦實踐學習量子運算知識，培養更多更好中國量子運算人才。」郭國平說。 (記者楊俊峰)
