本源司南

本源司南，國產量子作業系統，於2021年2月8日由合肥本源量子科技公司發布的具有自主智慧財產權的量子計算機作業系統。

本源司南實現了量子資源系統化管理、量子計算任務並行化執行、量子晶片自動化校準等全新功能，助力量子計算機高效穩定運行，標誌著國產量子軟體研發能力已達國際先進水平。

基本介紹

• 中文名：本源司南
• 外文名：Origin Pilot
• 研發：合肥本源量子科技公司
• 屬性：國產量子作業系統
• 發布時間：2021年2月8日

發展歷程

2021年2月8日，本源司南發布。

2023年7月，安徽省量子計算工程研究中心宣布，國產量子計算機作業系統本源司南 PilotOS 客戶端正式上線。用戶可以直接進行本地量子計算編程，不需要聯網使用，實現用戶對量子計算軟體服務“打開即用”，助力量子計算編程“小白”順利成為量子計算編程開發者。

研發背景

資源稀缺

量子計算機是第二次量子技術革命的產物，一台足夠強大的量子計算機甚至能超越全球經典計算機的算力總和。截止2021年2月，全球範圍內可供使用的量子計算機約有50台，國內僅有本源量子等少數企業面向大眾提供量子計算服務，量子計算資源仍然稀缺。如何高效穩定地利用量子計算資源成為量子計算發展的下一個難題。參考經典計算機軟硬體資源管理的思路，研製量子計算機作業系統成為有效管理、利用量子-經典計算資源的最佳途徑。

據了解，量子計算機作業系統將直接影響量子計算機的性能表現。但現有量子計算機作業系統（例如英國Deltaflow.OS量子計算機作業系統，奧地利ParityOS量子計算機作業系統）普遍缺少量子資源管理、多量子計算任務並行處理、量子晶片自動化校準功能，難以有效利用當前稀缺的量子計算資源。

本源量子團隊針對以上技術痛點，開發出首款國產量子計算機作業系統——本源司南。其量子計算任務並行化執行、量子晶片自動化校準、量子資源系統化管理功能讓當前稀缺的量子計算資源得以被高效利用。

軟體優點

本源司南在實際套用中能夠有效提高了量子晶片的整體利用率，大幅降低量子圖像識別等量子套用運行時間。

與同類產品對比，本源司南在功能多樣性、運行穩定性方面都具有全方位優勢。據研究人員測試，本源司南量子計算機作業系統能夠數倍提升現有量子計算機的運行效率。

與同類產品對比

基於當前量子計算硬體系統還未實現技術收斂的發展現狀，本源司南可支持多種量子計算系統，能夠為用戶接入具有多個量子處理器核心的量子計算機高性能工作站，包括超導量子處理器、半導體量子處理器、離子阱量子處理器，或混合量子處理器。

現有的量子計算機都是單核（某一特定物理體系）量子計算機，本源司南的誕生讓用戶操控多核量子計算機成為可能，量子計算資源隨之增加。

研發宗旨

本源司南旨在巨幅縮短一台全新量子計算機投入運行的時間，讓用戶專注於量子程式設計開發，而無需為量子計算背後採用的是何種量子物理體系原理煩擾。

功能介紹

（1）高效資源管理+自動化校準，支持量子計算機高效穩定運行

本源司南解決了已有同類產品無法管理量子資源、並行處理多量子計算任務、自動化校準量子晶片等功能缺陷，成功構建了一套讓量子計算機高效穩定運行的量子計算機作業系統。

本源司南具備經典作業系統的基礎功能，更帶來了高效利用量子計算機資源的解決方案。針對任務和問題，本源司南強大的量子資源管理功能，不僅支持多量子任務的並行計算與調度，更支持對量子計算機持續不間斷的校準最佳化。尤其是後者，它可以有效控制量子計算機因量子物理特性產生的性能浮動，確保執行任務時，量子計算機處於最佳性能狀態。

本源司南架構圖

（2）研發與套用模式自由切換，滿足用戶多樣化使用需求

當前量子計算機主要用於科學研究與探索商業化套用，二者的具體需求有別，所使用的量子計算機類型也有所不同。針對不同類型量子計算機的特徵和用戶需求，本源司南提供套用模式和研發模式的無成本兼容，使量子計算機不僅能為商業用戶開發出滿足特定套用場景的套用，也能為科研用戶提供服務，用於研製更強大的量子計算機。

研發模式是指支持用戶基於量子計算機作業系統直接操控一體機及相關設備，以達到調試及最佳化量子晶片性能指標的目的；套用模式是指支持用戶基於量子計算機作業系統運行編碼完成的量子程式。

套用案例

加速量子套用運行

研究人員在實際套用中成功驗證了本源司南對量子計算機運行效率的提升作用。本源量子團隊利用量子卷積神經網路模型開發出的量子圖像識別套用，可將圖像識別任務轉化為多個量子程式，在經過量子態數據編碼之後，這些量子程式就處於排隊等待運行狀態。

在當前熱門的人工智慧研究中，圖像識別是其中的一個重要分支，無論是遙感圖像識別、軍事偵測、生物醫學還是機器視覺等領域均具備廣泛的研究和套用。

在未搭載本源司南的量子計算機上，這些量子程式只能逐個被執行，如果單個量子程式使用的量子晶片資源有空餘，勢必會造成量子晶片資源浪費，應用程式時間運行過長等問題。

而在搭載本源司南量子計算機作業系統之後，通過本源司南的統一調度管理，這些子線路在單個量子晶片上可以被並行執行，不僅大大減少了整體線路運行時間，還有效提高了量子晶片的整體利用率。

後續計畫

據悉，下一步，本源量子研發團隊將基於具備完全自主智慧財產權的本源量子計算機集群、“本源司南”量子計算機作業系統、本源量子云平台以及豐富的量子軟體與套用，打造完善且開放的量子計算服務生態，與量子計算產業鏈企業共同實現量子計算套用的廣泛套用。

全球體驗

量子計算機作業系統，將用在量子計算雲平台上，提供給全球用戶體驗。