支持500 +量子比特！国产第4代量子计算测控系统发布

电子发烧友网报道（文 / 吴子鹏）日前，我国第四代自主量子计算测控系统 “本源天机 4.0” 正式发布，这一成果标志着我国量子计算产业在工程化生产能力上实现了里程碑式突破。该系统由本源量子计算科技（合肥）股份有限公司研发，安徽省量子计算工程研究中心参与支持，是继 “本源天机 3.0” 成功应用于第三代超导量子计算机 “本源悟空” 后的重大升级，为百比特级量子计算机的量产奠定了核心基础。

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支持 500 + 量子比特的 “本源天机 4.0”​

“本源天机 4.0” 在硬件性能和软件生态方面均实现了显著提升。该系统支持 500 + 量子比特的并行操(cāo)控(kòng)，与(yǔ)前(qián)代(dài)系(xì)统(tǒng)相(xiāng)比(bǐ)，扩(kuò)展(zhǎn)性(xìng)提(tí)升(shēng) 50%，硬(yìng)件(jiàn)集成(chéng)度(dù)提(tí)高(gāo) 3 倍(bèi)，稳(wěn)定(dìng)性(xìng)增(zēng)强(qiáng) 3 倍(bèi)。量(liàng)子(zi)比(bǐ)特(tè)数(shù)量(liàng)是(shì)衡(héng)量(liàng)量(liàng)子(zi)计(jì)算(suàn)技(jì)术(shù)发(fā)展(zhǎn)的(de)核(hé)心(xīn)指(zhǐ)标(biāo)之(zhī)一(yī)，其(qí)提(tí)升(shēng)不(bù)仅(jǐn)体(tǐ)现(xiàn)了(le)技(jì)术(shù)性(xìng)能(néng)的(de)突(tū)破(pò)，更(gèng)对(duì)量(liàng)子(zi)计(jì)算(suàn)的(de)实(shí)际(jì)应(yīng)用(yòng)和(hé)产(chǎn)业(yè)变(biàn)革(gé)具(jù)有(yǒu)战(zhàn)略(è)性(xìng)价(jià)值(zhí)。
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量(liàng)子(zi)计(jì)算(suàn)的(de)核(hé)心(xīn)优(yōu)势(shì)源(yuán)于(yú)量(liàng)子(zi)比(bǐ)特(tè)的(de)叠(dié)加(jiā)和(hé)纠(jiū)缠(chán)特(tè)性(xìng)，这(zhè)使(shǐ)其(qí)能(néng)够实现并行计算。每增加一个量子比特，量子计算机的状态空间便以 2 的 n 次方（n 为量子比特数）的速度增长。例如，“本源天机 4.0” 支持的 500 量子比特的状态空间远超宇宙中原子的数量，理论上可同时处理 2 的 500 次方种计算路径，这远远超过了经典计算机的线性处理能力。
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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介绍，团队自主研发的系列底层软硬件架构，进一步强化了对量子芯片的高效控制与精准读取，能够大幅缩短量子计算机的研发与交付时间。​
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“本源天机 4.0” 还实现了软件生态的协同升级，系统额外搭载了四大核心软件：​
·Naga&Venus：作为服务端管理软(ruǎn)件(jiàn)，可(kě)实(shí)现(xiàn)多(duō)用(yòng)户(hù)、多(duō)任(rèn)务(wu)的(de)资(zī)源(yuán)调(diào)度(dù)与(yǔ)监(jiān)控(kòng)；​
·Monster：超(chāo)导(dǎo)量(liàng)子(zi)比(bǐ)特(tè)底(dǐ)层(céng)操(cāo)控(kòng)服(fú)务(wu)软(ruǎn)件(jiàn)，支(zhī)持(chí)脉(mài)冲(chōng)序(xù)列(liè)的(de)快(kuài)速(sù)生(shēng)成(chéng)与(yǔ)优(yōu)化；​
·Visage：全界面调控分析软件，能够实时监测量子比特的 “生命体征”（如频率、相位、弛豫时间等），并通过机器学习算法自动校准参数；​
·Storm：操作系统连接软件，可无缝对接量子计算机操作系统，支持多语言开发环境（如 Q#、Cirq）。
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其中，全界面量子芯片调控分析应用软件 Visage，将颠覆超导量子芯片调试的传统模式。本源量子首席科学家郭国平指出，工程化生产能力的提升意味着量子计算机的研发周期有望缩短 60%，这对于抢占全球量子计算制高点至关重要，同时交付效率也将显著提升。
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除了性能的增强，“本源天机 4.0” 还将进一步拓展国产量子计算测控系统及量子计算机的应用边界。前代系统 “本源天机 3.0” 已支撑 “本源悟空” 量子计算机为全球 139 个国家和地区的用户提供了超 2600 万人次服务，完成 38 万余个计算任务，应用领域覆盖金融、生物医药、流体动力学等。目前，“本源天机 4.0” 正支撑中国下一代自主量子计算机的研发，目标直指千比特级量子芯片的量产。
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全球量子计算竞赛愈演愈烈​

当前，全球量子计算竞赛呈现出技术路线多元化、国家战略密集部署、产业应用加速落地的白热化态势。这场竞赛不仅关乎技术突破，更涉及国家科技主权、产业链主导权和未来产业制高点的争夺。
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从进展来看，中美日目前处于引领全球量子计算发展的位置，国内 “本源天机 4.0” 的发布是一个新的里程碑。美国企业 IBM 和谷歌在量子计算领域也进展迅速。在 2023 年 IBM 量子峰会上，IBM Quantum Heron 作为 IBM 迄今为止性能最佳的量子处理器发布，拥有 133 量子位，其全新架构显著降低了错误率。根据 IBM 的产品路线图，到 2033 年，以量子为中心的超级计算机将包含 1000 个逻辑量子比特，届时将全面释放量子计算的潜力。​
谷歌于 2024 年 12 月推出的 105 量子比特 “Willow” 芯片实现了 “低于阈值” 的量子纠错，解决了近 30 年的技术瓶颈。具体而言，Willow 超导量子计算芯片中的量子比特错误率得到明显抑制，其中单量子比特门的平均错误率仅有 0.035%，双量子比特门的平均错误率也只有 0.33%。这意味着这款全新的量子计算芯片特别适合用于 “量子纠错”，并且有望实现大规模扩展，走向实际应用。

日本方面，日本富士通公司和理化学研究所于今年 4 月联合发布了 256 量子比特的超导量子计算机，量子比特数是上一代机型的 4 倍，可使利用该计算机的平台计算能力提升至原先的 4 倍。据介绍，团队使用可扩展的三维连接结构，以 4 个量子比特为一个基本单元，在不改变量子比特设计和布局的基础上实现了量子比特数的高效扩展。这项研究成果计划在 2025 财年通过 “富士通混合量子计算平台” 向全球用户开放。
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目前，全球量子计算竞赛已从技术研发阶段进入工程化量产与场景化应用的关键阶段。中美在超导和光量子领域形成双极竞争，欧盟、日本、加拿大在细分领域持续取得突破。不过，目前各个国家和地区的量子计算研究仍然处于前期探索阶段，还需要在纠错与稳定性、能耗与成本等方面继续优化。
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结语​

作为我国量子计算工程化进程中的关键一跃，“本源天机 4.0” 的发布不仅标志着国产测控系统从技术验证走向规模应用的质变，更以 500 + 量子比特的操控能力，为千比特级量子芯片量产拉开了序幕。在全球量子计算从实验室走向产业化的关键转折点上，中国凭借自主可控的底层软硬件架构，正与美日等技术强国形成多元技术路线竞逐的格局。随着工程化能力的持续突破与应用场景的深度挖掘，这场始于技术竞赛的全球量子革命，终将在算力范式的重构中，为人类破解复杂系统难题开启全新维度。