想象一下，有一座超大規模的未來計算中心，精密儀器密布其間，數據流以不可思議的速度飛馳。當指令下達瞬間，數以億計的部件便精准協同、全力運轉。要讓這一切成為現實，靠的是什麼？

答案或許出人意料：不只是更強大的芯片，還需要一個能縱觀全局、調度千軍萬馬的“大管家”。

近日，我國首款自主研發的量子計算機操作系統“本源司南”正式面向全球開放下載，其扮演的正是量子計算機體系中“大管家”角色。作為全球首個開放線上下載渠道的量子計算機操作系統，“本源司南”正以開放包容的姿態，推動我國量子計算產業從技術攻堅向產業生態體系建設邁出重要一步。

在針尖上跳舞

在本源量子計算機組裝與測試實驗室，稀釋制冷機發出低沉而規律的“嗡嗡”聲，正持續為第三代自主超導量子計算機“本源悟空”營造超低溫的運行環境。這台擁有72個計算量子比特的機器，如今已為全球超過160個國家和地區完成80余萬次運算任務。

什麼是量子計算機？簡單來說，它是一種利用量子力學規律進行信息處理的裝置，能夠完成高速數學與邏輯運算，並實現信息的存儲與處理。

傳統計算機依賴經典比特來處理信息，每個經典比特只能代表一個確定的狀態，也就是“0”或“1”。而量子計算機的基本信息單元是量子比特，這種基於微觀粒子（如原子或光子）的量子態構建的單元，具有獨特的量子疊加特性，可以同時處於“0”和“1”的疊加狀態。正是這一特性，賦予了量子計算機並行處理海量信息的巨大潛力，也為其帶來了遠超傳統計算的強大能力。

“經典計算機解題，好比迷宮裡隻有你一個人，走不通了就退回重試，需要逐條路排除﹔而量子計算機解題，就像瞬間派出無數個分身，同時探索所有路徑。”中國科學技術大學教授、本源量子首席科學家郭國平比喻。

正是憑借這種並行計算能力，量子計算機有望在幾分鐘內解決傳統計算機需要耗費萬年計算的“宇宙級難題”。然而，要讓這項前沿科技從實驗室走向應用，離不開一個關鍵的推手——量子計算機操作系統。

當前，隨著新一輪科技革命和產業變革加速突破，全球量子計算競賽正進入生態構建的重要階段。作為量子資源調度、任務協同、軟硬件適配與應用落地的核心樞紐，操作系統層面的突破非常重要。

但做好開發並非易事，與管理成熟穩定硬件的Windows等傳統計算機操作系統不同，量子計算機操作系統面對的是極其脆弱的量子單元。“溫度波動、微小振動，甚至電磁環境的細微變化，都可能讓量子態瞬間崩潰。”郭國平說，“操作量子計算機就像在針尖上跳舞。”

以開放換生態

打開瀏覽器，檢索“本源量子雲”，點擊進入，便能輕鬆找到“本源司南”操作系統免費使用入口。作為國內自主研發的科技成果，這款操作系統融合量子計算的諸多特色。

“我們著力讓量子計算機從‘需要專家手動調校的精密儀器’轉變為工程師也能輕鬆上手的自動化設備，在核心調度、噪聲抑制、錯誤緩解等關鍵底層算法下功夫，全面提升量子計算機的穩定性和易用性。”郭國平介紹，“本源司南”還引入自動校准功能，“過去需要依賴經驗實時監測量子比特運行狀態的工作，如今可由系統自動完成，一旦發現偏差便能及時修正，從而顯著降低對人工調參的依賴。”

此外，“本源司南”還加入了高效的並行調度機制，能夠合理安排多個計算任務，有效避免算力閑置，提升資源利用率，相關技術已成功部署在國內的“本源悟空”系列量子計算機上，並保持穩定運行。

“現在，任何科研機構、高校或企業都可在本地快速完成系統部署，開展量子算法的研發與驗証。”郭國平表示，以自主破壟斷，以開放換生態，“量子計算的競爭，本質上是產業生態的競爭，隻有通過開放的手段讓更多人‘用起來’，願意在國產量子芯片和系統上做開發，國內量子計算產業才能在快速迭代中補齊短板，構建真正自主可控、可持續的產業生態。”

但開放，遠不止於“開源”和“使用”，開發者想要在不同硬件平台之間進行遷移，往往面臨巨大的適配成本。由於各類型量子芯片底層的操控指令存在本質差異，每當接觸一種新的量子硬件，開發者常常需要重新學習一套指令集、重新構建一套運行環境，極大限制了量子計算應用生態的發展。作為完整的量子計算機操作系統，“本源司南”構建了一套覆蓋底層驅動到上層應用的全棧式解決方案，不僅能夠直接支持超導、離子阱、中性原子等多種技術路線的量子芯片，還可協同調度量子計算、超級計算與人工智能算力資源，真正使“量子算力”走向可用、可控、可落地。

“通俗地說，我們為量子計算打造了一套‘通用語言’。”郭國平介紹，針對不同技術體系的量子芯片，隻需要本地部署“本源司南”，就可以操作硬件，完成校准、調度與優化工作。

開放“本源司南”線上下載通道，量子計算機的底層能力將有效“工具化”。硬件廠商有系統可用，開發者有平台可依，最終讓普通用戶有算力可調，讓更多人參與到量子計算的創新中來。

融入生產生活

當前，量子計算正處於從原型機向工程機過渡的關鍵應用期，未來5年是量子計算技術從實驗室原型向市場化應用轉化的關鍵窗口期。

作為量子資源調度、任務協同、軟硬件適配與應用落地的核心樞紐，“本源司南”提前搭建起軟件底座，讓應用開發與硬件研發並行，有效推動量子計算從實驗室走向行業應用。

目前，依托“本源司南”，量子計算機已在多個關鍵領域展現出廣泛的應用前景。在金融領域，它成功支撐“本源悟空”運行全球最大規模的投資組合優化應用﹔在生物醫藥領域，作為底層軟件核心，“本源司南”高效驅動了乳腺鉬靶檢測、藥物分子性質預測及藥物分子對接等關鍵應用，為藥物研發與精准醫療開辟了量子加速的全新路徑。

然而，快速發展的背后，量子計算也面臨新的挑戰。如何讓更多開發者“有工具可用、有場景可做”，正成為推動技術普及的關鍵命題。

當前，我國已在“三硬三軟”六大核心能力上系統布局，但在專用算法工具鏈層面仍顯薄弱，尚未催生出具有廣泛影響力的“殺手級”應用。硬件的進步需要應用牽引，軟件的成熟需要開發者驗証，而技術的最終落地則離不開行業用戶的信任。從“造出來”到“用起來”，生態規模與應用豐富度的不足，依然是橫亙在技術與產業之間的現實鴻溝。

郭國平認為，應充分利用現有超導量子計算機及超算中心的資源優勢，加快推動“量超融合”計算中心建設。同時，深入實施“千家場景”行動計劃，在金融、政務、通信、生物醫藥等重點領域，面向全國征集和遴選標杆應用場景，讓新技術“有地方可用、有場景可練”。

技術落地需要載體，創新突破離不開方向指引。在量子計算加速走向應用的進程中，以“司南”命名的量子計算機操作系統已迭代至4.0版本。它既象征著前行的方向，也承載著探索的使命。展望未來，量子計算有望逐步成為潤物無聲、無處不在的新型基礎設施，以更高效、更安全、更智能的方式，融入生產、生活、醫療、交通和金融的每一個角落，為智能社會筑牢底層基石。