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中国首个量子计算机操作系统即将发布
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在经典计算时代，为了适应不同的计算需要，有效调度计算机资源，保证计算资源最大化利用，人们创造了各式各样的操作系统。
如今量子计算也面临着“资源稀缺”的情况，如何有效、合理、稳定利用量子计算资源，已成为人们不得不思考的问题。
本源量子将于
2月8日发布国产首个
量子计算机操作系统
量子计算作为一种遵循量子力学规律，调控量子信息单元进行计算的新型计算模式，可以极大提高计算效率，在特定问题上可全面超越当前的超级计算机。
如果将经典计算比作冷兵器，那量子计算无疑就是核武器，是新世界颠覆旧秩序的转折点。
量子计算机颠覆性的算力提升离不开软硬件协同发展，尤其是以操作系统为代表的基础软件服务，将直接影响量子计算机的性能表现。
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如今，全球量子计算竞争愈发激烈，中国虽然在量子计算硬件系统上落后欧美先进国家，但在软件层面却不落下风。
随着了解量子计算的用户群体逐渐增加，量子计算需求量也日益膨胀，如何高效的利用量子计算机这种稀缺资源，成为当下亟待解决的问题。
“让量子计算机走出实验室真正为人类社会服务”
是本源量子的企业愿景
一直以来，本源量子这一企业目标与责任担当在许多个本源量子创下的“首次”成就里可见一斑。
本源量子
是中国第一家量子计算企业
是中国第一个推出量子语言的团队
是中国第一个推出量子测控一体机的团队
也是第一个推出工程化量子计算机的国内企业。
2020年9月，本源量子已率先完成量子计算的科学研究到工程实现的第一目标，发布国产自主可控超导量子计算云平台，使得全球用户可以在线体验来自中国的量子计算服务。
从抢占量子计算科技高地到
突破“卡脖子”技术
从“跟跑”到“并跑”再到“领跑”
本源量子一直在量子计算科技领域
展示着中国力量。
历经三年积累
不断超越经典、突破极限
量子计算机操作系统的发布对于量子计算机来说将会是跨时代的意义；
量子计算的世界也将建立新的秩序标准。
距离发布会只有2天啦
快来聚焦本次发布会吧！
发布会将通过新华社现场云、新华网、凤凰网安徽风直播、封面新闻、蔻享学术、哔哩哔哩等平台同步开播。
什么是量子计算
量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。对照于传统的通用计算机，其理论模型是通用图灵机；通用的量子计算机，其理论模型是用量子力学规律重新诠释的通用图灵机。从可计算的问题来看，量子计算机只能解决传统计算机所能解决的问题，但是从计算的效率上，由于量子力学叠加性的存在，某些已知的量子算法在处理问题时速度要快于传统的通用计算机。
基本原理
量子力学态叠加原理使得量子信息单元的状态可以处于多种可能性的叠加状态，从而导致量子信息处理从效率上相比于经典信息处理具有更大潜力。普通计算机中的2位寄存器在某一时间仅能存储4个二进制数（00、01、10、11）中的一个，而量子计算机中的2位量子位（qubit）寄存器可同时存储这四种状态的叠加状态。随着量子比特数目的增加，对于n个量子比特而言，量子信息可以处于2种可能状态的叠加，配合量子力学演化的并行性，可以展现比传统计算机更快的处理速度。
量子位
量子位（qubit）是量子计算的理论基石。在常规计算机中，信息单元用二进制的 1 个位来表示，它不是处于“ 0” 态就是处于“ 1” 态. 在二进制量子计算机中，信息单元称为量子位，它除了处于“ 0” 态或“ 1” 态外，还可处于叠加态（superposed state）。
叠加态是“ 0” 态和“ 1” 态的任意线性叠加，它既可以是“ 0” 态又可以是“ 1” 态，“ 0” 态和“ 1” 态各以一定的概率同时存在. 通过测量或与其它物体发生相互作用而呈现出“ 0” 态或 “ 1” 态.任何两态的量子系统都可用来实现量子位，例如氢原子中的电子的基态（ground state）和第 1 激发态（first excited state)、 质子自旋在任意方向的+ 1/ 2 分量和- 1/ 2 分量、 圆偏振光的左旋和右旋等。
一个量子系统包含若干粒子，这些粒子按照量子力学的规律运动，称此系统处于态空间的某种量子态。这里所说的态空间是指由多个本征态（eigenstate) （即基本的量子态）所张成的矢量空间，基本量子态简称基本态（basic state）或基矢（basic vector) . 态空间可用Hilbert 空间（线性复向量空间）来表述，即Hilbert 空间可以表述量子系统的各种可能的量子态.为了便于表示和运算，Dirac提出用符号|x〉 来表示量子态，|x〉 是一个列向量，称为ket ；它的共轭转置（conjugate t ranspose) 用〈x|表示，〈x|是一个行向量，称为bra.一个量子位的叠加态可用二维Hilbert 空间（即二维复向量空间）的单位向量来描述。
叠加原理
把量子考虑成磁场中的电子。电子的旋转可能与磁场一致，称为上旋转状态，或者与磁场相反，称为下旋状态。如果我们能在消除外界影响的前提下，用一份能量脉冲能将下自旋态翻转为上自旋态；那么，我们用一半的能量脉冲，将会把下自旋状态制备到一种下自旋与上自旋叠加的状态上（处在每种状态上的几率为二分之一）。对于n个量子比特而言，它可以承载2的n次方个状态的叠加状态。而量子计算机的操作过程被称为幺正演化，幺正演化将保证每种可能的状态都以并行的方式演化。这意味着量子计算机如果有500个量子比特，则量子计算的每一步会对2500种可能性同时做出了操作。2500是一个可怕的数，它比地球上已知的原子数还要多（这是真正的并行处理，当今的经典计算机，所谓的并行处理器仍然是一次只做一件事情）
得操作系统者得天下
2019年8月，中国量子计算研究获重要进展：科学家领衔实现高性能单光子源
目前量子计算硬件竞争十分激烈，IBM、谷歌、霍尼韦尔等大公司你追我赶，但是从计算机发展历程来看，最大赢家往往不是硬件制造商，而是操作系统开发商，可谓“得操作系统者得天下”
移动时代，苹果成为世界上利润最高的手机厂商，最大的竞争优势就是iOS操作系统。
量子计算机虽然已不是经典机器，但操作系统仍不可或缺，硬件性能非常接近时，操作系统决定了量子计算机的实用程度。
20世纪60年代初，包括IBM等大多数计算机制造商都有两条完全不兼容的产品线。有面向文字的大型科学计算机，如IBM 7094，用于科学工程中的数值计算。还有一些面向字符的商用计算机，如IBM 1401，广泛用于银行和保险公司的磁带分类和打印。而System/360机兼顾了科学计算和事务处理两方面的应用。
1961年12月28日，IBM首席副总裁Vincent Learson完成了一份长达8页纸的报告《IBM360系统电子计算机》。这项计划的投入规模空前，Learson估算总共需要投资50亿美元，IBM特为此招募了6万名新员工，建立了5座新工厂。
System/360第一次运用了“兼容”的理念（360表示全方位的应用），由于所有的机器都有相同的体系结构和指令集，理论上，为一台机器编写的程序可以在其他所有机器上运行。
在硬件设计方面，IBM不得不自己动手设计制造芯片（因为买不到），但更大的困难却是在软件方面，要让所有的软件适用于所有的电脑，IBM的软件工程师们伤透脑筋，投入到这个项目中的软件工程师超过2000名，花费超过5亿美元。
1964年4月7日，就在老沃森创建公司的50周年之际，IBM发布360系列电脑，共有6个型号的大、中、小型电脑和44种新式的配套设备，从功能较弱的360/51型小型机，到功能超过51型500倍的360/91型大型机，都是清一色的兼容机。这也是世界上第一个采用集成电路的通用计算机。
System/360大型机
操作系统方面，OS/360是高端System/360机器的首选操作系统，而DOS/360则是功能较弱的机器的常用操作系统。
微软帝国是如何诞生的？
20世纪70年代，随着大规模集成电路（LSI）的发展，个人计算机时代开始了。操作系统发展成为通用操作系统，同时兼有多道批处理、分时、实时处理的功能，最典型的是Unix。
Unix诞生于AT&T贝尔实验室，但是当时AT&T被美国反垄断制裁，贝尔实验室不能销售Unix，只能开放源代码供所有人学习研究。后来，加州大学伯克利分校的学生Bill Joy为Unix加入TCP/IP协议，完成了BSD版本。
与此同时，英特尔推出首个8位CPU 8080，并希望有一个操作系统能够测试它，于是英特尔找到了公司顾问Gary Kildall。Kildall随后为其编写了一个基于磁盘的操作系统，称为CP/M（微型计算机控制程序）。但是英特尔认为基于磁盘的微型计算机没有太大的前途。
为了进一步开发和销售CP/M，Kildall成立了一家名为Digital Research的公司。
1977年，Digital Research重新编写了CP/M，使其适合在使用8080、ZilogZ80和其他CPU芯片的许多微型计算机上运行。
当时，苹果公司推出世界上第一台个人电脑Apple II。为了与苹果竞争，IBM迅速上马个人电脑项目，并在1981年开发了一台PC机。
IBM也曾考虑过Unix系统，但操作系统价格已经远超硬件成本，不得不打消了念头。同时IBM也不得不放弃摩托罗拉生产的CPU。摩托罗拉生产的M6800比英特尔的技术和设计上都要先进很多，更重要的是可以运行Unix。但出于成本考虑，IBM选择了英特尔x86架构的CPU。
然后是寻找与英特尔CPU适配的操作系统。IBM是微软BASIC解释器的客户，IBM曾向比尔·盖茨打听是否知道在个人电脑上运行的操作系统，盖茨建议IBM联系当时世界上占主导地位的操作系统公司Digital Research。
Kildall做出了有史以来最糟糕的商业决策，拒绝与IBM会面，而是派了一名下属。更糟糕的是，他的律师甚至拒绝签署IBM的保密协议，该协议涉及尚未公布的个人电脑。因此，IBM回到盖茨那里，询问他是否可以为他们提供操作系统。
当时微软完全没有开发操作系统的经验，但盖茨想到了一个人——Tim Paterson，在此之前Paterson为了测试英特尔8086微处理器，花四个星期写了个操作系统。盖茨意识到这就是他要找的，马上花5万美元买下，Paterson四个星期就能赚5万，当然很乐意。这个操作系统被盖茨命名为MS-DOS。
出人意料的是，IBM将两个二流产品组合在一起形成了一款强大的产品，微软DOS系统和英特尔芯片完美适配，IBM PC凭借极高的性价比压过苹果一头，成为风靡世界的个人电脑。
IBM个人电脑（PC）
当Digital Research还在试图向终端用户销售他们的操作系统时，微软DOS就已经与IBM PC进行捆绑销售。到1983年IBM PC/AT推出时，MS-DOS已经牢牢扎根，CP/M再也无力竞争。Unix陷入和BSD的官司之中，错过了商业黄金期。
此时，IBM和微软就只剩下苹果一个对手。
1979年，乔布斯到施乐PARC研究所看到原型机Alto。敏锐的乔布斯立刻发现了图形用户界面(GUI)和鼠标的商业价值，很快他就说服施乐公司，以一个极低的价格买下GUI。
1983年苹果公司推出了Apple Lisa（以乔布斯的女儿命名），这是一台首次采用GUI的个人电脑，但由于价格过于昂贵，商业上并不成功。后来，苹果公司推出Macintosh电脑，不仅比Lisa便宜许多，还对用户更加友好，一时取得了巨大成功。
与Mac OS相比，1985年推出了Windows 1.0就太寒酸了。
Windows 1.0
这时候盖茨坐不住了，他找到了乔布斯，先是大加赞赏了乔布斯的伟大，然后请求得到一份苹果的GUI，并承诺微软的一切研究成果都是苹果的。不可一世的乔布斯答应了。
盖茨得到了苹果的Lisa原型机，马上组织团队研发。但是盖茨并没有遵守当初的诺言，1990年微软推出Windows 3.0，打破多项销售记录，从而开始了在操作系统上的垄断地位。乔布斯大骂盖茨是小偷，却为时已晚。
另一方面，在盖茨的建议下，IBM开放架构允许其他计算机制造商仿制和改进，使得IBMPC成为世界标准，这就是IBM兼容机的由来。在逆向分析了IBM BIOS后，康柏、戴尔等PC兼容机生产商开始崛起。
让IBM始料不及的是，到了90年代PC厂商百花齐放，而操作系统却是微软一枝独秀。甚至在21世纪初大量PC厂商倒闭、兼并的情况下，Windows依然稳如泰山。
量子计算机操作系统在哪里？
就像普通计算机需要操作系统一样，量子计算机也需要操作系统。如果没有操作系统，量子计算机的实用性将大大降低。但是，我们没有Windows、IOS或Linux的量子版本。
如果类比计算机的发展，目前量子计算机还处在ENIAC诞生前的时代，但是已有公司开始着手研究量子计算机操作系统。
早在2015年，英国剑桥量子计算（CQC）公司开发了一款叫作t|kit>的操作系统，该系统是使用一台专有的超级计算机开发出来的，旨在更精确地模拟量子处理器的工作。
但是从作用来看，这还不是我们认知中的操作系统。后来，CQC在此基础上推出一个量子软件开发平台t|ket>，将独立于机器的算法转换为可执行的电路。
真正意义上的量子操作系统，是今年由一个英国财团开发Deltaflow.OS，允许相同的量子软件在不同类型的量子计算硬件上运行。
这个财团由量子软件公司Riverlane牵头，量子硬件公司SeeQC、欧洲日立公司、Universal Quantum、Duality Quantum Photonics、Oxford Ionics、牛津量子电路公司、ARM和英国国家物理实验室全程参与。
Riverlane公司自2019年7月以来，一直致力于Deltaflow.OS的开发，并在今年5月获得760万英镑的政府拨款。随后9月迎来了“hello world”时刻，第一次在Oxford Ionics的离子阱量子计算机上成功试用Deltaflow.OS量子操作系统。
根据Riverlane对外公开的信息，Deltaflow.OS满足两个重要的客户需求：软件对任何量子硬件的可移植性，以及使用所有可用量子功率的最佳堆栈性能。
Deltaflow.OS
帮助提高量子计算性能 目前，Riverlane发布了Deltaflow.OS第一个版本：“Deltaflow-on-ARTIQ”。
该产品旨在使量子硬件公司以及算法和应用程序开发人员能够通过简化协作和减少实验室停机时间来加速他们的研究。Deltaflow-on-ARTIQ由Deltaflow语言（Deltalanguage）和运行该语言的各种硬件模型组成，包括ARTIQ控制系统的模拟器。
从奥地利因斯布鲁克大学分拆出的公司ParityQC成立于今年1月，目前在开发操作系统ParityOS和架构，ParityOS是一个自动创建编译器、优化算法和芯片布局的平台。其硬件合作伙伴是开发中性原子量子处理器的法国公司Pasqal，未来ParityOS有望应用到此硬件上。
同样基于中性原子技术的量子硬件公司ColdQuanta也选择了ParityQC作为合作伙伴，公司首席科学家Mark Saffman表示，ColdQuanta的冷原子量子计算系统非常适合ParityQC的优化架构。
ParityOS操作系统允许用比标准门模型方法少一个数量级的门操作来编译优化问题，因而实现大型复杂优化问题的编码将比标准方法提前3年。
从计算机历史发展来看，操作系统是随着硬件进步而产生的，目前量子计算机处在非常早期的阶段，对量子操作系统需求不大，现阶段主要通过经典操作系统接入云平台对量子计算机进行操作。但随着计算量不断膨胀，开发适合量子计算机的操作系统将势在必行。
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