2022年3月28日,中国电子信息产业集团有限公司(简称中国电子)“PKS” 信创体系与量子软件体系整合完成量子计算对接测试,国产“PKS”自研体系实现算力代际跨越。在本次对接测试中,基于飞腾芯片和麒麟操作系统的底层架构“PKS”计算体系首次实现了量子程序运行实验,该量子软件由启科量子研发团队自主研发并进行了信创体系整合。

作为中国首个计算机软硬件基础体系标准,“PKS”信创体系已成为国家自主可控的计算机信息系统的核心底座。本次对接测试中,启科量子研发团队通过定制开发扩展底层量子模拟接口打通与量子计算模拟后端软件的通讯,并在QuIDE(集成量子开发环境)中运行Grover等量子算法,首次实现量子程序在飞腾+麒麟体系上的模拟计算。

图1 麒麟软件NeoCertify认证

从量子科技战略发展的角度出发,作为国之重器的量子计算必须在国产自研体系“PKS”中运行。量子科技是真正的未来科技,事关国家安全和社会经济高质量发展,在复杂多变的国际竞争中,必须将量子科技的创新主动权和发展主动权牢牢掌握在自己手中。若采用国外平台运行量子计算机,如同将战略武器放在波音飞机上,使得国家安全受制于人。此次量子计算整合,为未来的国家算力战略提供了可靠的国产运载工具,是实现未来科技自主可控发展的重要举措。

“卡脑子、卡脖子”的技术突破一直是国家科技领域重点发展的方向,本次对接测试的完成标志着国产硬件平台上运行量子算法的双重突破,以未来科技为引领补短板补缺项,充分发挥了企业在科技创新中的主体作用。启科量子百比特离子阱量子计算机等硬件平台研发正如火如荼地进行中,而构建于量子计算机硬件平台之上的量子软件体系作为人机交互、指令编译解析及底层硬件驱动的核心,是未来量子计算商业化、产业化、规模化的必备条件。尽管量子计算机硬件平台的发展需长期努力,但软件体系的建立能快速促进量子计算开发生态形成、应用场景的挖掘,助力未来全真量子软件移植,尤其是国产化自主可控战略的推进。

量子计算赋能“飞腾-麒麟”,实现算力跨越

本次对接测试基于QuIDE运行了Grover等量子算法,测试发现随着量子比特数增加,量子门数量也跟着增加。通过CPU响应反馈、内存变化等参数进行算力评估显示,当量子比特数目达到一定值时,量子门数量曲线呈急剧上升趋势,此时针对复杂的量子计算问题,量子模拟优势显著。

图2 量子比特数与量子门数变化趋势图

图3 运行过程中的内存监控图

图4 量子计算模拟测试结果(Quantum Simulation Capability Test)

注:横纵坐标分别为量子比特数和设备耗时时间;其中蓝色线条表示编译耗时、绿色线条表示Mac运行耗时、黄色为ARM运行耗时

此次量子计算对接测试初步表明,国产信创系统“PKS”与启科量子软件体系整合,实现了算力上的大步飞跃。在量子计算技术发展方面,此次“PKS”体系与启科量子软件实现量子计算整合,加速了量子计算技术领域的应用落地探索与实践,为各行业量子计算模拟应用提供一种解决方案。在量子技术应用探索合作中,发挥了企业间携手对量子信息产业的示范引领作用,同时增加行业间的合作契机,进一步推动我国量子技术的创新与商业化进程。

对此次量子计算整合,中国电子南方软件园董事长张革谈到:“中国电子是中央直接管理的国有重要骨干企业,是以网络安全和信息化为主业的中央企业,是兼具计算机CPU和操作系统关键核心技术的最大国有综合性IT企业。中国电子成功突破高端通用芯片、操作系统等关键核心技术,构建了兼容移动生态、与国际主流架构比肩的安全先进绿色的“PKS”自主计算体系和最具活力与朝气的应用生态与产业共同体,正加快打造国家网信产业核心力量和组织平台。在实现全面数字化变革的过程中,南方软件园也是数字经济发展、引领区域创新发展的重要载体之一。此次量子模拟计算整合是国营企业与民营企业携手联合发力,推动科技创新与产业发展的重要成果。作为世界科技前沿领域,量子计算行业的研究与探索对经济发展与科技创新和信息安全都有重大意义,未来应未雨绸缪做好量子计算领域企业的战略规划布局,加强高新技术企业合作”。

中国电子长城集团研发事业部总经理刘全仲亦表示:“量子计算的超强算力与量子通信与生俱来的安全特性将极大地推动量子科技在各领域的普及和应用。”此次量子计算与信创体系对接是“飞腾-麒麟”体系实现算力上的跨越,将量子计算停留在纸面上的构想转为现实,让量子计算的商业应用落地进程又登上一个新的台阶。