今晚20:00整！中國首個量子計算作業系統即將發布

倒計時20小時，今晚20：00整

中國首個量子計算機作業系統即將發布

敬請關注，誠邀體驗

　在經典計算時代，為了適應不同的計算需要，有效調度計算機資源，保證計算資源最大化利用，人們創造了各式各樣的作業系統，

　　如今量子計算也面臨著“資源稀缺”的情況，如何有效、合理、穩定利用量子計算資源，已成為人們不得不思考的問題，

　本源量子將于

　2月8日發布國產首個

　量子計算機作業系統

　量子計算作為一種遵循量子力學規律，調控量子資訊單元進行計算的新型計算模式，可以極大提高計算效率，在特定問題上可全面超越當前的超級計算機，

　　如果將經典計算比作冷兵器，那量子計算無疑就是核武器，是新世界顛覆舊秩序的轉折點，　　

　　量子計算機顛覆性的算力提升離不開軟硬體協同發展，尤其是以作業系統為代表的基礎軟體服務，將直接影響量子計算機的性能表現，

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　　如今，全球量子計算競爭愈發激烈，中國雖然在量子計算硬體系統上落后歐美先進國家，但在軟體層面卻不落下風，

　　隨著了解量子計算的用戶群體逐漸增加，量子計算需求量也日益膨脹，如何高效的利用量子計算機這種稀缺資源，成為當下亟待解決的問題，

　　“讓量子計算機走出實驗室真正為人類社會服務”

　　是本源量子的企業愿景

　一直以來，本源量子這一企業目標與責任擔當在許多個本源量子創下的“首次”成就里可見一斑，

　　本源量子

　　是中國第一家量子計算企業

　　是中國第一個推出量子語言的團隊

　　是中國第一個推出量子測控一體機的團隊

　　也是第一個推出工程化量子計算機的國內企業，

　　2020年9月，本源量子已率先完成量子計算的科學研究到工程實作的第一目標，發布國產自主可控超導量子計算云平臺，使得全球用戶可以在線體驗來自中國的量子計算服務，

　從搶占量子計算科技高地到

　　突破“卡脖子”技術

　　從“跟跑”到“并跑”再到“領跑”

　　本源量子一直在量子計算科技領域

　　展示著中國力量，

　　歷經三年積累

　　不斷超越經典、突破極限

　　量子計算機作業系統的發布對于量子計算機來說將會是跨時代的意義；

　　量子計算的世界也將建立新的秩序標準，

　　距離發布會只有2天啦

　　快來聚焦本次發布會吧！

發布會將通過新華社現場云、新華網、鳳凰網安徽風直播、封面新聞、蔻享學術、嗶哩嗶哩等平臺同步開播，

什么是量子計算

量子計算是一種遵循量子力學規律調控量子資訊單元進行計算的新型計算模式，對照于傳統的通用計算機，其理論模型是通用圖靈機；通用的量子計算機，其理論模型是用量子力學規律重新詮釋的通用圖靈機，從可計算的問題來看，量子計算機只能解決傳統計算機所能解決的問題，但是從計算的效率上，由于量子力學疊加性的存在，某些已知的量子演算法在處理問題時速度要快于傳統的通用計算機，

基本原理

量子力學態疊加原理使得量子資訊單元的狀態可以處于多種可能性的疊加狀態，從而導致量子資訊處理從效率上相比于經典資訊處理具有更大潛力，普通計算機中的2位暫存器在某一時間僅能存盤4個二進制數（00、01、10、11）中的一個，而量子計算機中的2位量子位（qubit）暫存器可同時存盤這四種狀態的疊加狀態，隨著量子位元數目的增加，對于n個量子位元而言，量子資訊可以處于2種可能狀態的疊加，配合量子力學演化的并行性，可以展現比傳統計算機更快的處理速度，

量子位

量子位（qubit）是量子計算的理論基石，在常規計算機中，資訊單元用二進制的 1 個位來表示，它不是處于“ 0” 態就是處于“ 1” 態. 在二進制量子計算機中，資訊單元稱為量子位，它除了處于“ 0” 態或“ 1” 態外，還可處于疊加態（superposed state），

疊加態是“ 0” 態和“ 1” 態的任意線性疊加，它既可以是“ 0” 態又可以是“ 1” 態，“ 0” 態和“ 1” 態各以一定的概率同時存在. 通過測量或與其它物體發生相互作用而呈現出“ 0” 態或 “ 1” 態.任何兩態的量子系統都可用來實作量子位，例如氫原子中的電子的基態（ground state）和第 1 激發態（first excited state)、 質子自旋在任意方向的+ 1/ 2 分量和- 1/ 2 分量、 圓偏振光的左旋和右旋等，

一個量子系統包含若干粒子，這些粒子按照量子力學的規律運動，稱此系統處于態空間的某種量子態，這里所說的態空間是指由多個本征態（eigenstate) （即基本的量子態）所張成的矢量空間，基本量子態簡稱基本態（basic state）或基矢（basic vector) . 態空間可用Hilbert 空間（線性復向量空間）來表述，即Hilbert 空間可以表述量子系統的各種可能的量子態.為了便于表示和運算，Dirac提出用符號|x〉 來表示量子態，|x〉 是一個列向量，稱為ket ；它的共軛轉置（conjugate t ranspose) 用〈x|表示，〈x|是一個行向量，稱為bra.一個量子位的疊加態可用二維Hilbert 空間（即二維復向量空間）的單位向量來描述，

疊加原理

把量子考慮成磁場中的電子，電子的旋轉可能與磁場一致，稱為上旋轉狀態，或者與磁場相反，稱為下旋狀態，如果我們能在消除外界影響的前提下，用一份能量脈沖能將下自旋態翻轉為上自旋態；那么，我們用一半的能量脈沖，將會把下自旋狀態制備到一種下自旋與上自旋疊加的狀態上（處在每種狀態上的幾率為二分之一），對于n個量子位元而言，它可以承載2的n次方個狀態的疊加狀態，而量子計算機的操作程序被稱為幺正演化，幺正演化將保證每種可能的狀態都以并行的方式演化，這意味著量子計算機如果有500個量子位元，則量子計算的每一步會對2500種可能性同時做出了操作，2500是一個可怕的數，它比地球上已知的原子數還要多（這是真正的并行處理，當今的經典計算機，所謂的并行處理器仍然是一次只做一件事情）

得作業系統者得天下

2019年8月，中國量子計算研究獲重要進展：科學家領銜實作高性能單光子源

目前量子計算硬體競爭十分激烈，IBM、谷歌、霍尼韋爾等大公司你追我趕，但是從計算機發展歷程來看，最大贏家往往不是硬體制造商，而是作業系統開發商，可謂“得作業系統者得天下”

移動時代，蘋果成為世界上利潤最高的手機廠商，最大的競爭優勢就是iOS作業系統，

量子計算機雖然已不是經典機器，但作業系統仍不可或缺，硬體性能非常接近時，作業系統決定了量子計算機的實用程度，

20世紀60年代初，包括IBM等大多數計算機制造商都有兩條完全不兼容的產品線，有面向文字的大型科學計算機，如IBM 7094，用于科學工程中的數值計算，還有一些面向字符的商用計算機，如IBM 1401，廣泛用于銀行和保險公司的磁帶分類和列印，而System/360機兼顧了科學計算和事務處理兩方面的應用，

1961年12月28日，IBM首席副總裁Vincent Learson完成了一份長達8頁紙的報告《IBM360系統電子計算機》，這項計劃的投入規模空前，Learson估算總共需要投資50億美元，IBM特為此招募了6萬名新員工，建立了5座新工廠，

System/360第一次運用了“兼容”的理念（360表示全方位的應用），由于所有的機器都有相同的體系結構和指令集，理論上，為一臺機器撰寫的程式可以在其他所有機器上運行，

在硬體設計方面，IBM不得不自己動手設計制造芯片（因為買不到），但更大的困難卻是在軟體方面，要讓所有的軟體適用于所有的電腦，IBM的軟體工程師們傷透腦筋，投入到這個專案中的軟體工程師超過2000名，花費超過5億美元，

1964年4月7日，就在老沃森創建公司的50周年之際，IBM發布360系列電腦，共有6個型號的大、中、小型電腦和44種新式的配套設備，從功能較弱的360/51型小型機，到功能超過51型500倍的360/91型大型機，都是清一色的兼容機，這也是世界上第一個采用集成電路的通用計算機，

System/360大型機

作業系統方面，OS/360是高端System/360機器的首選作業系統，而DOS/360則是功能較弱的機器的常用作業系統，

微軟帝國是如何誕生的？

20世紀70年代，隨著大規模集成電路（LSI）的發展，個人計算機時代開始了，作業系統發展成為通用作業系統，同時兼有多道批處理、分時、實時處理的功能，最典型的是Unix，

Unix誕生于AT&T貝爾實驗室，但是當時AT&T被美國反壟斷制裁，貝爾實驗室不能銷售Unix，只能開放源代碼供所有人學習研究，后來，加州大學伯克利分校的學生Bill Joy為Unix加入TCP/IP協議，完成了BSD版本，

與此同時，英特爾推出首個8位CPU 8080，并希望有一個作業系統能夠測驗它，于是英特爾找到了公司顧問Gary Kildall，Kildall隨后為其撰寫了一個基于磁盤的作業系統，稱為CP/M（微型計算機控制程式），但是英特爾認為基于磁盤的微型計算機沒有太大的前途，

為了進一步開發和銷售CP/M，Kildall成立了一家名為Digital Research的公司，

1977年，Digital Research重新撰寫了CP/M，使其適合在使用8080、ZilogZ80和其他CPU芯片的許多微型計算機上運行，

當時，蘋果公司推出世界上第一臺個人電腦Apple II，為了與蘋果競爭，IBM迅速上馬個人電腦專案，并在1981年開發了一臺PC機，

IBM也曾考慮過Unix系統，但作業系統價格已經遠超硬體成本，不得不打消了念頭，同時IBM也不得不放棄摩托羅拉生產的CPU，摩托羅拉生產的M6800比英特爾的技術和設計上都要先進很多，更重要的是可以運行Unix，但出于成本考慮，IBM選擇了英特爾x86架構的CPU，

然后是尋找與英特爾CPU適配的作業系統，IBM是微軟BASIC解釋器的客戶，IBM曾向比爾·蓋茨打聽是否知道在個人電腦上運行的作業系統，蓋茨建議IBM聯系當時世界上占主導地位的作業系統公司Digital Research，

Kildall做出了有史以來最糟糕的商業決策，拒絕與IBM會面，而是派了一名下屬，更糟糕的是，他的律師甚至拒絕簽署IBM的保密協議，該協議涉及尚未公布的個人電腦，因此，IBM回到蓋茨那里，詢問他是否可以為他們提供作業系統，

當時微軟完全沒有開發作業系統的經驗，但蓋茨想到了一個人——Tim Paterson，在此之前Paterson為了測驗英特爾8086微處理器，花四個星期寫了個作業系統，蓋茨意識到這就是他要找的，馬上花5萬美元買下，Paterson四個星期就能賺5萬，當然很樂意，這個作業系統被蓋茨命名為MS-DOS，

出人意料的是，IBM將兩個二流產品組合在一起形成了一款強大的產品，微軟DOS系統和英特爾芯片完美適配，IBM PC憑借極高的性價比壓過蘋果一頭，成為風靡世界的個人電腦，

IBM個人電腦（PC）

當Digital Research還在試圖向終端用戶銷售他們的作業系統時，微軟DOS就已經與IBM PC進行捆綁銷售，到1983年IBM PC/AT推出時，MS-DOS已經牢牢扎根，CP/M再也無力競爭，Unix陷入和BSD的官司之中，錯過了商業黃金期，

此時，IBM和微軟就只剩下蘋果一個對手，

1979年，喬布斯到施樂PARC研究所看到原型機Alto，敏銳的喬布斯立刻發現了圖形用戶界面(GUI)和滑鼠的商業價值，很快他就說服施樂公司，以一個極低的價格買下GUI，

1983年蘋果公司推出了Apple Lisa（以喬布斯的女兒命名），這是一臺首次采用GUI的個人電腦，但由于價格過于昂貴，商業上并不成功，后來，蘋果公司推出Macintosh電腦，不僅比Lisa便宜許多，還對用戶更加友好，一時取得了巨大成功，

與Mac OS相比，1985年推出了Windows 1.0就太寒酸了，

Windows 1.0

這時候蓋茨坐不住了，他找到了喬布斯，先是大加贊賞了喬布斯的偉大，然后請求得到一份蘋果的GUI，并承諾微軟的一切研究成果都是蘋果的，不可一世的喬布斯答應了，

蓋茨得到了蘋果的Lisa原型機，馬上組織團隊研發，但是蓋茨并沒有遵守當初的諾言，1990年微軟推出Windows 3.0，打破多項銷售記錄，從而開始了在作業系統上的壟斷地位，喬布斯大罵蓋茨是小偷，卻為時已晚，

另一方面，在蓋茨的建議下，IBM開放架構允許其他計算機制造商仿制和改進，使得IBMPC成為世界標準，這就是IBM兼容機的由來，在逆向分析了IBM BIOS后，康柏、戴爾等PC兼容機生產商開始崛起，

讓IBM始料不及的是，到了90年代PC廠商百花齊放，而作業系統卻是微軟一枝獨秀，甚至在21世紀初大量PC廠商倒閉、兼并的情況下，Windows依然穩如泰山，

量子計算機作業系統在哪里？

就像普通計算機需要作業系統一樣，量子計算機也需要作業系統，如果沒有作業系統，量子計算機的實用性將大大降低，但是，我們沒有Windows、IOS或Linux的量子版本，

如果類比計算機的發展，目前量子計算機還處在ENIAC誕生前的時代，但是已有公司開始著手研究量子計算機作業系統，

早在2015年，英國劍橋量子計算（CQC）公司開發了一款叫作t|kit>的作業系統，該系統是使用一臺專有的超級計算機開發出來的，旨在更精確地模擬量子處理器的作業，

但是從作用來看，這還不是我們認知中的作業系統，后來，CQC在此基礎上推出一個量子軟體開發平臺t|ket>，將獨立于機器的演算法轉換為可執行的電路，

真正意義上的量子作業系統，是今年由一個英國財團開發Deltaflow.OS，允許相同的量子軟體在不同型別的量子計算硬體上運行，

這個財團由量子軟體公司Riverlane牽頭，量子硬體公司SeeQC、歐洲日立公司、Universal Quantum、Duality Quantum Photonics、Oxford Ionics、牛津量子電路公司、ARM和英國國家物理實驗室全程參與，

Riverlane公司自2019年7月以來，一直致力于Deltaflow.OS的開發，并在今年5月獲得760萬英鎊的政府撥款，隨后9月迎來了“hello world”時刻，第一次在Oxford Ionics的離子阱量子計算機上成功試用Deltaflow.OS量子作業系統，

根據Riverlane對外公開的資訊，Deltaflow.OS滿足兩個重要的客戶需求：軟體對任何量子硬體的可移植性，以及使用所有可用量子功率的最佳堆疊性能，

Deltaflow.OS

幫助提高量子計算性能 目前，Riverlane發布了Deltaflow.OS第一個版本：“Deltaflow-on-ARTIQ”，

該產品旨在使量子硬體公司以及演算法和應用程式開發人員能夠通過簡化協作和減少實驗室停機時間來加速他們的研究，Deltaflow-on-ARTIQ由Deltaflow語言（Deltalanguage）和運行該語言的各種硬體模型組成，包括ARTIQ控制系統的模擬器，

從奧地利因斯布魯克大學分拆出的公司ParityQC成立于今年1月，目前在開發作業系統ParityOS和架構，ParityOS是一個自動創建編譯器、優化演算法和芯片布局的平臺，其硬體合作伙伴是開發中性原子量子處理器的法國公司Pasqal，未來ParityOS有望應用到此硬體上，

同樣基于中性原子技術的量子硬體公司ColdQuanta也選擇了ParityQC作為合作伙伴，公司首席科學家Mark Saffman表示，ColdQuanta的冷原子量子計算系統非常適合ParityQC的優化架構，

ParityOS作業系統允許用比標準門模型方法少一個數量級的門操作來編譯優化問題，因而實作大型復雜優化問題的編碼將比標準方法提前3年，

從計算機歷史發展來看，作業系統是隨著硬體進步而產生的，目前量子計算機處在非常早期的階段，對量子作業系統需求不大，現階段主要通過經典作業系統接入云平臺對量子計算機進行操作，但隨著計算量不斷膨脹，開發適合量子計算機的作業系統將勢在必行，

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