本源超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)自主制造鏈11類產(chǎn)品系列之十：中國首套量子計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件與解決方案

本源超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)自主制造鏈由11個(gè)部分組成，該制造鏈生產(chǎn)的中國自主超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)已向中國用戶交付多臺(tái)，本源基于該制造鏈自主研制的中國第三代自主超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“本源悟空”已于日前上線并對(duì)全球開放使用。

中國首套量子計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件與解決方案

本源量子著力打造量子計(jì)算生態(tài)聯(lián)盟，推出中國首套量子計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件與解決方案，為生產(chǎn)制造上下游企業(yè)、行業(yè)應(yīng)用企業(yè)、教育企業(yè)及學(xué)校賦能，建立量子計(jì)算全面發(fā)展的生態(tài)圈。

1.“量超智”三算融合

超級(jí)計(jì)算、智能計(jì)算與量子計(jì)算的協(xié)同工作，稱為“三算融合”。如果把普通計(jì)算機(jī)比喻成一把“步槍”，那么帶有人工智能的智能算力就是一門“火炮”，而量子計(jì)算機(jī)就像是一枚“導(dǎo)彈”。三者協(xié)同將是未來算力的終極形態(tài)。

合作案例2022年

本源量子聯(lián)合合肥市大數(shù)據(jù)資產(chǎn)運(yùn)營有限公司發(fā)布國內(nèi)首款量子計(jì)算全球開發(fā)者平臺(tái)（后端接入超算和量子計(jì)算機(jī)）。

2023年

• 上海超級(jí)計(jì)算中心與本源量子攜手推動(dòng)“量超協(xié)同”在全國的先行試點(diǎn)——長(zhǎng)三角量超協(xié)同創(chuàng)新中心，助力推動(dòng)量子計(jì)算技術(shù)服務(wù)長(zhǎng)三角經(jīng)濟(jì)發(fā)展一體化，引領(lǐng)構(gòu)建全國算力新格局。
• 本源量子聯(lián)合上海超級(jí)計(jì)算中心、國家超級(jí)計(jì)算鄭州中心和中國移動(dòng)云能力中心共同打造“量超融合”先進(jìn)計(jì)算平臺(tái)，可提供量超云融合服務(wù)，雙向發(fā)揮量子計(jì)算機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī)各自優(yōu)勢(shì)。

2024年

“本源悟空”入駐國家超算互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

國家超算成都中心與中國第三代自主超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“本源悟空”聯(lián)機(jī)并上線端口至本源量子云平臺(tái)。

本源量子與合肥先進(jìn)計(jì)算中心共建量超智融合平臺(tái)

“本源悟空”受邀成功接入長(zhǎng)三角樞紐蕪湖集群算力公共服務(wù)平臺(tái)，探索中國通算、智算、超算、量算的“四算合一”體系建設(shè)。

本源量子正在聯(lián)合甘肅省共建量子計(jì)算中心……

2.生命科學(xué)

量子計(jì)算在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括藥物設(shè)計(jì)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和基因編輯等方面。通過量子模擬，研究人員可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)分子之間的相互作用，從而加速新藥的研發(fā)過程。此外，量子計(jì)算還可以用于醫(yī)療數(shù)據(jù)的分析與處理，為患者提供最佳診療方案。

應(yīng)用產(chǎn)品量子計(jì)算化學(xué)應(yīng)用軟件ChemiQ

ChemiQ依托本源量子自主研制的QPanda量子編程框架，利用量子疊加與糾纏的天然優(yōu)勢(shì)，使用真實(shí)或模擬量子計(jì)算機(jī)來計(jì)算分子能量和結(jié)構(gòu)、計(jì)算化學(xué)反應(yīng)、模擬勢(shì)能曲線、模擬動(dòng)力學(xué)軌跡等。在加速化學(xué)合成、藥物研發(fā)、材料設(shè)計(jì)、能源開發(fā)等方面具備廣泛應(yīng)用前景。

合作案例2021年

• 本源量子聯(lián)合德美化工、金斯瑞、瀚海博興等10余家企業(yè)聯(lián)合發(fā)起成立量子計(jì)算生物化學(xué)行業(yè)應(yīng)用生態(tài)聯(lián)盟，探索量子計(jì)算在生物、醫(yī)藥、化工、材料、能源等細(xì)分領(lǐng)域的落地應(yīng)用場(chǎng)景。
• 本源量子團(tuán)隊(duì)利用量子近似優(yōu)化算法（QAOA）模擬計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)的分子對(duì)接過程，該算法將分子對(duì)接問題轉(zhuǎn)換成藥效團(tuán)之間的組合問題，大大加速了藥物發(fā)現(xiàn)的過程。

2023年

• 本源量子與蚌埠醫(yī)科大學(xué)達(dá)成合作，共探量子計(jì)算在輔助醫(yī)學(xué)圖像識(shí)別、疾病診斷、藥物篩選、診斷標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)等生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用，中國醫(yī)療數(shù)據(jù)與國產(chǎn)自主可控量子算力首次“牽手”。
• 本源量子與蚌埠醫(yī)科大學(xué)、安徽省量子計(jì)算工程研究中心、量子計(jì)算芯片安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合創(chuàng)辦國內(nèi)首個(gè)量子計(jì)算方向數(shù)據(jù)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)班。
• 本源量子首次通過將量子計(jì)算與深度學(xué)習(xí)方法結(jié)合，設(shè)計(jì)混合經(jīng)典量子圖像算法，針對(duì)乳腺鉬靶圖像的分類、分割進(jìn)行高精度快速分析，幫助臨床醫(yī)生更高效準(zhǔn)確地對(duì)患者病情做出判斷，中國首次在診治乳腺癌領(lǐng)域應(yīng)用中國自主可控量子算力。

3.先進(jìn)工業(yè)

在航空航天、氣象預(yù)報(bào)和熱能動(dòng)力等尖端領(lǐng)域，隨著計(jì)算規(guī)模的急劇增長(zhǎng)，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在提升工程設(shè)計(jì)效率方面正面臨前所未有的挑戰(zhàn)。通過利用量子計(jì)算的獨(dú)特算法和并行處理能力，這些行業(yè)有望實(shí)現(xiàn)計(jì)算效率的革命性提升。

應(yīng)用產(chǎn)品

“本源量禹”QCFD

國內(nèi)第一款量子計(jì)算流體力學(xué)仿真軟件

該軟件基于量子有限體積法，原理上能實(shí)現(xiàn)對(duì)CFD仿真計(jì)算的亞線性加速。未來，在航空航天、熱能動(dòng)力、環(huán)境工程等領(lǐng)域，該軟件可以進(jìn)行更高效的數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)。

合作案例2019年本源量子受邀參加空客公司全球量子計(jì)算挑戰(zhàn)賽，針對(duì)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)問題進(jìn)行科研攻關(guān)，為飛機(jī)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供解決方案。

2023年

• 本源量子與中國航空研究院、合肥綜合性國家科學(xué)中心人工智能研究院（安徽省人工智能實(shí)驗(yàn)室）、中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所聯(lián)合申報(bào)中國航空科學(xué)基金項(xiàng)目《航空數(shù)值模擬領(lǐng)域量子計(jì)算技術(shù)探索》。

• 本源量子與中國航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院合作共建量子計(jì)算流體力學(xué)聯(lián)合工作室，標(biāo)志著國產(chǎn)量子算力開始進(jìn)入中國航天領(lǐng)域。

4.金融科技

量子計(jì)算在金融領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在風(fēng)險(xiǎn)管理、投資組合優(yōu)化、期權(quán)定價(jià)和金融市場(chǎng)預(yù)測(cè)等方面。通過量子算法，金融機(jī)構(gòu)可以更快速準(zhǔn)確地分析大量數(shù)據(jù)，為投資者提供更精確的投資建議。此外，量子計(jì)算還可以用于開發(fā)新的金融產(chǎn)品和服務(wù)，以滿足不斷變化的市場(chǎng)需求。

應(yīng)用產(chǎn)品

• 投資組合優(yōu)化真機(jī)應(yīng)用

全球首個(gè)采用分布式量子計(jì)算思路設(shè)計(jì)的、規(guī)模最大的投資組合優(yōu)化真機(jī)應(yīng)用。該應(yīng)用依托“本源悟空”量子計(jì)算機(jī)真機(jī)，在處理相同規(guī)模問題上，資源消耗遠(yuǎn)低于經(jīng)典計(jì)算機(jī)，為處理大規(guī)模投資組合優(yōu)化問題、得出特定風(fēng)險(xiǎn)偏好類型下的最佳收益組合開辟了更高效的路徑。

量子期權(quán)定價(jià)應(yīng)用

國內(nèi)首個(gè)、種類最全的量子期權(quán)定價(jià)應(yīng)用，讓金融機(jī)構(gòu)近乎實(shí)時(shí)地對(duì)期權(quán)進(jìn)行重估，更快更準(zhǔn)地進(jìn)行價(jià)值發(fā)現(xiàn)。

量子期權(quán)策略應(yīng)用

能夠讓投資者更及時(shí)有效地評(píng)估期權(quán)策略組合收益。

量子貝葉斯網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

在金融行業(yè)，量子貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可以用于股價(jià)預(yù)測(cè)，通過對(duì)大量歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和分析，預(yù)測(cè)未來股票價(jià)格的走勢(shì)。在醫(yī)療領(lǐng)域中，量子貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可用于疾病診斷以輔助醫(yī)生更準(zhǔn)確地治療疾病。在自然語言處理上，量子貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可用于語義解析和文本分類等。合作案例

建信金科

量子金融算法：開發(fā)出了VaR值計(jì)算和量子期權(quán)定價(jià)兩種金融應(yīng)用算法；

量子金融應(yīng)用基地：技術(shù)研究、人才培養(yǎng)、產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目、金融應(yīng)用、金融標(biāo)準(zhǔn)制定。

中信銀行

引入量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)的量子貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，完美繼承貝葉斯網(wǎng)絡(luò)已有的功能，而且能夠充分發(fā)揮量子計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，大幅降低計(jì)算復(fù)雜度，并支持更大規(guī)模的模型。

• 中金公司

合作申報(bào)中國證券業(yè)協(xié)會(huì) 2022 年重點(diǎn)課題研究《量子計(jì)算機(jī)在期權(quán)定價(jià)的應(yīng)用研究》。

• 浦發(fā)銀行

與上海浦東發(fā)展銀行信用卡中心合作量子計(jì)算應(yīng)用探索項(xiàng)目，研究量子貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在信用卡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用。

• 新華財(cái)經(jīng)

新華財(cái)經(jīng)APP平臺(tái)集成量子金融應(yīng)用算法集合，向高端金融從業(yè)用戶群體展示量子算法優(yōu)越性，新華指數(shù)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合開發(fā)量子啟發(fā)式算法，處理“指數(shù)跟蹤”“指數(shù)優(yōu)化”問題。

• 平安銀行

聯(lián)合開展金融欺詐等領(lǐng)域量子金融算法的研究與落地，實(shí)現(xiàn)量子算法在金融具體業(yè)務(wù)場(chǎng)景上的應(yīng)用，旨在提升在反欺詐、反洗錢等業(yè)務(wù)領(lǐng)域的計(jì)算速度，大幅提高銀行金融服務(wù)的智能化水平。

5.人工智能

隨著數(shù)據(jù)體量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，人工智能的算力需求激增，傳統(tǒng)CPU芯片難以勝任海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的并行計(jì)算，而量子計(jì)算具有經(jīng)典計(jì)算技術(shù)難以企及的并行計(jì)算能力和信息處理能力，恰好能夠解決人工智能發(fā)展所需。

應(yīng)用產(chǎn)品

量子機(jī)器學(xué)習(xí)框架——VQNet 2.0

國內(nèi)首個(gè)支持量子計(jì)算機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī)“協(xié)同學(xué)習(xí)”（后稱“量超協(xié)同學(xué)習(xí)”）量子機(jī)器學(xué)習(xí)框架——VQNet 2.0，該框架與量子計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)本源司南深度結(jié)合，首次支持同時(shí)調(diào)度量子和經(jīng)典計(jì)算資源進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)的訓(xùn)練與預(yù)測(cè)。

自動(dòng)駕駛的研究者可以使用這一新框架，開發(fā)在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域支持“量超協(xié)同學(xué)習(xí)”的新算法，加快訓(xùn)練速度；自然語言處理的研究者也可用其開發(fā)支持“量超協(xié)同學(xué)習(xí)”的新算法，提高算法對(duì)語言的理解能力……

圖為量子機(jī)器學(xué)習(xí)框架VQNet2.0

圖像修復(fù)應(yīng)用

可以用于圖像處理領(lǐng)域，對(duì)破損圖像進(jìn)行修復(fù)操作。

• 圖像識(shí)別

將量子卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于圖像識(shí)別可有效提升圖像識(shí)別（二分類、多分類）的運(yùn)行速度，并降低資源消耗。

• 手寫數(shù)字識(shí)別

通過量子經(jīng)典混合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)手寫數(shù)字識(shí)別，用量子算法加速計(jì)算機(jī)視覺處理。

6.信息安全

量子計(jì)算機(jī)因其超強(qiáng)算力可以對(duì)原本的公鑰密碼體系產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，PQC（Post-Quantum Cryptography后（抗）量子密碼學(xué)）技術(shù)能夠有效地抵抗量子計(jì)算機(jī)的攻擊。為抵抗量子計(jì)算機(jī)的潛在攻擊，世界各國紛紛加速推進(jìn)PQC遷移以替換原本的公鑰密碼體系。

應(yīng)用產(chǎn)品

本源磐石-后量子軟件密碼模塊

支持由國家密碼管理局(OSCCA)和密碼行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(CSTC)發(fā)布的國密SM系列算法，國際主流公鑰密碼算法以及NIST公布的提前進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)PQC算法——Kyber和Dilithium算法。能夠同時(shí)抵御經(jīng)典計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)的攻擊，為敏感數(shù)據(jù)提供更高級(jí)別的安全保護(hù)。

• 本源磐石-后量子密碼卡

該密碼卡可嵌入計(jì)算機(jī)、密碼機(jī)或服務(wù)器內(nèi)部使用，提供各種性能的、多任務(wù)并行處理的密碼運(yùn)算，為宿主設(shè)備提供數(shù)字簽名/驗(yàn)證、非對(duì)稱/對(duì)稱加解密、量子隨機(jī)數(shù)生成、完善的密鑰生成和管理等服務(wù)，保證傳輸信息的機(jī)密性、完整性和有效性。

本源磐石-后量子數(shù)據(jù)庫加密機(jī)

一款基于本源后量子密碼卡技術(shù)專為數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)密碼設(shè)備，是依托本源河圖后量子加密庫的數(shù)據(jù)庫主動(dòng)防御產(chǎn)品。

應(yīng)用產(chǎn)品

2024年，我國第三代自主超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“本源悟空”成功裝備國內(nèi)首個(gè)PQC“抗量子攻擊護(hù)盾”——PQC（Post Quantum Cryptography，后量子密碼）混合加密方法。這將使“本源悟空”更好抵御其他量子計(jì)算機(jī)的攻擊，確保運(yùn)行數(shù)據(jù)安全。

7.能源領(lǐng)域

量子計(jì)算可用于優(yōu)化能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，提高能源利用效率，降低能源成本。量子計(jì)算在能源材料領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在新材料的設(shè)計(jì)和優(yōu)化上。通過量子模擬，研究人員可以在原子層面上探索材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，從而發(fā)現(xiàn)具有優(yōu)異性能的新型能源材料。

應(yīng)用方案

• 光伏功率預(yù)測(cè)

本源提出了基于雙重注意力的深度分割量子長(zhǎng)短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，與傳統(tǒng)長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)方法相比，該模型參數(shù)量更少，可降低光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)誤差，性能更為卓越。

負(fù)荷預(yù)測(cè)

量子機(jī)器學(xué)習(xí)可高效處理負(fù)荷預(yù)測(cè)中的非線性關(guān)系，且量子比特的并行性質(zhì)有望提高對(duì)大規(guī)模負(fù)荷數(shù)據(jù)的處理效率，從而解決傳統(tǒng)方法對(duì)數(shù)據(jù)量大的依賴問題；此外，引入量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以提高模型的表示能力，增強(qiáng)對(duì)異常值的穩(wěn)健性，為負(fù)荷預(yù)測(cè)提供更準(zhǔn)確的結(jié)果。

量子潮流計(jì)算

潮流計(jì)算在電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、診斷、維護(hù)中起到關(guān)鍵作用，比如解決設(shè)備選用、優(yōu)化供電方案、安全分析等，量子計(jì)算可加速這些方案的實(shí)現(xiàn)。

機(jī)組組合優(yōu)化

機(jī)組組合是發(fā)電計(jì)劃的核心，能優(yōu)化發(fā)電資源，應(yīng)對(duì)負(fù)荷和新能源波動(dòng)，滿足系統(tǒng)需求。優(yōu)化的機(jī)組方案能提升效率和經(jīng)濟(jì)性。本源量子的QAOA算法可以通過改變編碼，提高其搜索和求解效率。

合作案例

2023年

• 本源量子與國網(wǎng)安徽省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院就光伏功率預(yù)測(cè)這一場(chǎng)景展開探索，目前已取得階段性成果。
• 本源就量子計(jì)算在潮流計(jì)算中的應(yīng)用與國網(wǎng)電科院達(dá)成合作，正在探索量子計(jì)算在潮流計(jì)算中的應(yīng)用。

8.大數(shù)據(jù)將量子計(jì)算應(yīng)用于大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)在于打破圖靈機(jī)模式的計(jì)算限制，不僅可以降低問題復(fù)雜度，而且提高了指數(shù)級(jí)計(jì)算效率和計(jì)算性能。應(yīng)用產(chǎn)品

用戶行為預(yù)測(cè)應(yīng)用

基于大規(guī)模用戶行為數(shù)據(jù)，挖掘?qū)ο笾g的隱含關(guān)系

網(wǎng)絡(luò)排序應(yīng)用

對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)綜合評(píng)估，探索網(wǎng)絡(luò)影響力最大化

9.量子教育結(jié)合量子計(jì)算教育發(fā)展現(xiàn)狀，本源量子自研開發(fā)全棧式量子教育產(chǎn)品，提供量子計(jì)算教育全鏈條解決方案，旨在滿足交叉學(xué)科人才培養(yǎng)及科學(xué)研究的教學(xué)需求，為各級(jí)用戶提供全面的量子計(jì)算教育服務(wù)。教育產(chǎn)品

• 本源量子計(jì)算全物理體系學(xué)習(xí)機(jī)

一站式系統(tǒng)環(huán)境，提供量子計(jì)算及量子算法的學(xué)習(xí)、培訓(xùn)、開發(fā)、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用。

中國首款量子計(jì)算機(jī)VR體驗(yàn)系統(tǒng)

通過它能夠深入了解、學(xué)習(xí)量子技術(shù)，認(rèn)識(shí)量子比特的狀態(tài)演化并親自搭建量子計(jì)算機(jī)。為科普教育提供更好的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)場(chǎng)景，滿足教學(xué)實(shí)訓(xùn)需求。

量子計(jì)算教研一體化平臺(tái)

面向教育機(jī)構(gòu)使用的量子教學(xué)軟件，幫助學(xué)校搭建自己的量子計(jì)算教學(xué)體系。

全棧式量子計(jì)算教育課程

本源量子計(jì)算教育系列課程，包含詳細(xì)的量子計(jì)算專業(yè)基礎(chǔ)、高級(jí)開發(fā)課程，從概念引入到量子編程“步步為營”。

• 《量子計(jì)算與編程入門》教材

中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室郭國平團(tuán)隊(duì)聯(lián)手本源量子專業(yè)研究團(tuán)隊(duì)合力打造，國內(nèi)第一部專業(yè)的量子計(jì)算與編程教材。

• 國內(nèi)首個(gè)量子計(jì)算教育研究教育部縱向課題

2021年，發(fā)布國內(nèi)首個(gè)量子計(jì)算教育研究教育部縱向課題”科創(chuàng)融教“，聯(lián)合西安交通大學(xué)、電子科技大學(xué)、中南大學(xué)等十余所高校共同立項(xiàng)多個(gè)教育研究創(chuàng)新課題。

• 國內(nèi)首個(gè)校園量子計(jì)算科普基地

2021年，基于本源量子全物理體系學(xué)習(xí)機(jī)，本源量子聯(lián)合廣東德美化工、容山中學(xué)打造國內(nèi)首個(gè)校園量子計(jì)算科普基地，助力容山中學(xué)獲評(píng)佛山市優(yōu)秀創(chuàng)客教育空間、廣東省科普教育基地等稱號(hào)。

量子計(jì)算課程建設(shè)

2022年，本源量子與湖北師范大學(xué)合作，建設(shè)量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室、量子通信實(shí)驗(yàn)室，并共同開發(fā)量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)課程資源，聯(lián)合申報(bào)省一流課程建設(shè)。

量子計(jì)算科研中心

2023年，與長(zhǎng)江大學(xué)合作，建設(shè)量子科技科普基地，量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室等教學(xué)科研載體，校企戰(zhàn)略合作共建量子信息科學(xué)專業(yè)，打造集科普、教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、科研及應(yīng)用于一體的量子計(jì)算科研中心。