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量子通信
2021/2/9 23:36

用“未来”定义未来!本源量子发布首款国产量子计算机操作系统“本源司南”

C114通信网  余予

C114讯 2月9日消息(余予)据报道,2月8日,本源量子发布首款国产量子计算机操作系统“本源司南”。

据悉,该系统性能全面超越国际现有量子计算机操作系统,实现了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。

经典计算机经过长时间的发展形成了各种各样的操作系统,那量子计算机是否需要量子操作系统呢?

对于这一疑问,中国科学院郭光灿院士表示,操作系统对于量子计算机的实际应用是必不可少的,一个好的操作系统可以让量子计算机的运行更加高效、更加稳定,本源开发出来的操作系统的性能比国际上现有的两款性能要好的多,量子计算机是未来的量子电脑,在量子计算机开发初期,我们要研究自己国产的操作系统,来占领未来的市场是非常有意义的,否则我们会走现在电子计算机所遇到的尴尬的境界,这就是本源这次发布这款量子计算机操作系统的重要意义。

如何高效稳定的使用量子计算机资源?

高效稳定使用量子计算机资源早在经典计算时期就是大家探讨的问题。当时,为有效调度计算机资源,保证计算资源最大化利用,人们研发了各种各样的经典操作系统:移动操作系统、桌面操作系统、服务器操作系统等等,它们的共同点都在于是集进程管理、资源管理和通信管理三大基础功能为一体,为用户带来了高效稳定的用户体验。

尽管量子计算机尚未像经典计算机那样做到大规模普及使用,但也正是因为这种资源稀缺的情况,合理、有效且稳定的利用量子计算机资源尤为重要,在面对“如何高效稳定的使用量子计算机资源?”时,操作系统仍不可或缺。

据了解,目前全球范围内可供使用的量子计算机约有50台,国内仅有本源量子等少数企业面向大众提供量子计算服务,量子计算资源仍然稀缺。参考经典计算机软硬件资源管理的思路,研制量子计算机操作系统成为有效管理、利用量子-经典计算资源的最佳途径。

目前国际上现有的两款量子操作系统——来自于英国Riverlane公司Deltaflow OS以及奥地利parity QC公司parity OS,这两款操作系统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,难以有效利用当前稀缺的量子计算资源。


“本源司南”基本框架

本源量子研究团队针对现有操作系统技术痛点,开发出首款国产量子计算机操作系统--“本源司南”。其具备的量子计算任务并行化执行、量子芯片自动化校准、量子资源系统化管理功能让当前稀缺的量子计算资源得以被高效利用。

·量子计算任务并行化执行。当用户提交第一条计算任务时,系统会自动选用最优量子比特进行锁定,以执行任务计算。此时如果用户再提交一条任务,系统会将该条任务自动安排至非锁定状态的最优量子比特,进行任务计算。以此类推,无论用户何时提交量的计算任务,只要量子比特资源足够,这些任务都会同时使用剩余资源类的最优良的比特。

·量子芯片自动化校准。当量子芯片被自动检测程序检测到低于性能标定时,自动化校准程序就会主动介入,并完成对量子比特的校准,这样就能够从自动化层面上持续保证量子芯片一直处于稳定的状态。

·量子资源系统化管理。系统会检测当前资源占用情况,使用者只管提交自己的量子计算任务,剩下的就交给“本源司南”处理。系统内的量子计算任务并行执行服务、任务调度服务以及自动化校准服务会根据系统资源情况响应,各司其职,形成系统化管理策略。

除此之外,基于上述特点,“本源司南”进一步提供了两大模式:研究模式与应用模式。

在研究模式中,用户可直接操纵量子测控异地机及相关设备,达到调试并优化量子芯片性能指标的目的;在应用模式中,用户则可以直接使用基于“本源司南”量子操作系统运行编译完成的电子程序。

量子计算机发展步伐加快,厂商致力于提升量子比特数量

量子计算机是第二次量子技术革命的产物,一台足够强大的量子计算机的算力甚至能超越全球经典计算机的算力总和。随着谷歌、IBM英特尔微软等科技公司在量子研究方面的巨额投入,量子计算硬件技术渐趋成熟。与此同时,由于各国政府高度关注量子计算发展,公开可查的量子计算投资总额早已超过100亿,甚至有望在未来5年内突破千亿。

根据波士顿咨询公司的预测,量子计算的市场规模预计在2035年左右达到2600亿美元。

整个2020年,量子计算行业竞争激烈,随着亚马逊、霍尼维尔等厂商接连宣布大动作,“蓝色巨人”IBM直接推出了旗下量子计算的技术路线,计划在2023年实现1121位超导量子计算机,达到现在的20倍规模;异军突起的IonQ也不甘落后,紧接着宣布计划在2028年实现1024位离子计量子计算机。

而本源也有自己的技术路线。据了解,自2017年成立以来,本源量子一直坚持以为国人制造出完全自主可用的量子计算机为使命:2017年10月,本源量子推出国内首款量子编程语言,curious;2018年12月,推出国内首款量子测控一体机;2020年9月,上线6比特超导量子计算基本原物元;再到今天,发布首款国产量子计算机操作系统“本源司南”。

在量子计算机硬件技术加速发展且不断成熟的发展趋势下,本源量子计划2021年上线60位超导量子计算机。

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