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東南大學(xué)發(fā)布我國首款量子計(jì)算線路設(shè)計(jì)優(yōu)化與編譯桌面軟件平臺
近日，東南大學(xué)在量子計(jì)算核心軟件領(lǐng)域取得重要突破，成功發(fā)布了國內(nèi)首款集成多場景應(yīng)用的量子線路設(shè)計(jì)優(yōu)化與編譯桌面軟件平臺——“東南?云霄”。該平臺的發(fā)布，旨在破解當(dāng)前量子計(jì)算推廣應(yīng)用中的數(shù)據(jù)安全性差、技術(shù)門檻高、硬件適配難等關(guān)鍵瓶頸，為我國在人工智能、信息通信、生物醫(yī)藥、新材料等前沿領(lǐng)域的創(chuàng)新提供了高效、安全的量子應(yīng)用實(shí)現(xiàn)工具。 
“東南?云霄”平臺的推出，直面這一挑戰(zhàn)，并呈現(xiàn)出三大顯著特色：一是把數(shù)據(jù)安全“鑰匙”交還用戶，實(shí)現(xiàn)全流程本地化編譯。以往，量子計(jì)算任務(wù)大多依賴云平臺，用戶需將核心數(shù)據(jù)上傳，面臨數(shù)據(jù)泄露和網(wǎng)絡(luò)攻擊的潛在風(fēng)險(xiǎn)。“東南?云霄”創(chuàng)新性地采用桌面軟件形態(tài)，讓用戶可在個(gè)人電腦上完成從量子線路搭建、優(yōu)化到編譯的全過程，核心數(shù)據(jù)全程由用戶自主掌控，無需上傳云端。這種“離線”工作模式，從根本上規(guī)避了數(shù)據(jù)在傳輸和云端存儲中的安全風(fēng)險(xiǎn)，有效隔離外部網(wǎng)絡(luò)威脅，為金融工程、國防科研等對數(shù)據(jù)安全有嚴(yán)苛要求的領(lǐng)域提供了可靠的解決方案。同時(shí)，平臺友好的可視化界面也大大降低了操作的復(fù)雜性。
如果將信息時(shí)代比作一架高速飛行的飛機(jī)，量子計(jì)算正是驅(qū)動其突破極限的核心發(fā)動機(jī)。作為全球科技競爭的焦點(diǎn)賽道，量子計(jì)算憑借其顛覆性的并行計(jì)算潛力，有望解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以逾越的復(fù)雜難題。然而，如何將強(qiáng)大的量子算法“翻譯”成可在真實(shí)量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的指令，并保障核心數(shù)據(jù)的安全，是通往大規(guī)模應(yīng)用道路上的“關(guān)鍵一公里”。
“東南?云霄”平臺的推出，直面這一挑戰(zhàn)，并呈現(xiàn)出三大顯著特色：一是把數(shù)據(jù)安全“鑰匙”交還用戶，實(shí)現(xiàn)全流程本地化編譯。以往，量子計(jì)算任務(wù)大多依賴云平臺，用戶需將核心數(shù)據(jù)上傳，面臨數(shù)據(jù)泄露和網(wǎng)絡(luò)攻擊的潛在風(fēng)險(xiǎn)。“東南?云霄”創(chuàng)新性地采用桌面軟件形態(tài)，讓用戶可在個(gè)人電腦上完成從量子線路搭建、優(yōu)化到編譯的全過程，核心數(shù)據(jù)全程由用戶自主掌控，無需上傳云端。這種“離線”工作模式，從根本上規(guī)避了數(shù)據(jù)在傳輸和云端存儲中的安全風(fēng)險(xiǎn)，有效隔離外部網(wǎng)絡(luò)威脅，為金融工程、國防科研等對數(shù)據(jù)安全有嚴(yán)苛要求的領(lǐng)域提供了可靠的解決方案。同時(shí)，平臺友好的可視化界面也大大降低了操作的復(fù)雜性。
二是為量子線路“瘦身減負(fù)”，提升計(jì)算效率與硬件兼容性。復(fù)雜的量子算法通常對應(yīng)著由海量量子門構(gòu)成的深邃線路，這對當(dāng)前充滿“噪聲”的量子硬件是巨大挑戰(zhàn)。“東南?云霄”內(nèi)置了先進(jìn)的多層級優(yōu)化策略，能對復(fù)雜的量子線路進(jìn)行深度“瘦身”。用戶可根據(jù)需求靈活選擇優(yōu)化等級，平臺能將量子門數(shù)量和線路深度大幅壓縮，顯著簡化計(jì)算結(jié)構(gòu)。這不僅顯著提升了運(yùn)算效率，更重要的是，簡化后的線路更容易在真實(shí)量子硬件上成功運(yùn)行，為量子應(yīng)用的實(shí)際落地奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
三是打破硬件體系壁壘，構(gòu)建“一次開發(fā)，多處部署”新生態(tài)。為解決不同量子計(jì)算硬件架構(gòu)間的“隔閡”，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)專門開發(fā)了跨架構(gòu)量子計(jì)算適配接口。該接口能夠兼容離子阱、中性原子、超導(dǎo)等多種主流量子計(jì)算硬件體系。這意味著，科研人員和開發(fā)者基于“東南?云霄”開發(fā)的量子應(yīng)用，未來有望在不同的量子計(jì)算機(jī)上“無縫切換”，實(shí)現(xiàn)了“一次開發(fā)，多架構(gòu)部署”。這一特性將有助于降低開發(fā)成本，提高算力利用率，從而加速量子計(jì)算應(yīng)用的普及與迭代。
在實(shí)際應(yīng)用場景中，“東南?云霄”已展現(xiàn)出卓越的賦能潛力。在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，它將小分子藥物生成任務(wù)中，連通有效分子的生成率從約0.01%顛覆性地提升至35.98%，為加速新藥研發(fā)提供了全新范式。在圖像識別領(lǐng)域，其混合量子-經(jīng)典神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，在SAR圖像分類和通用圖像識別任務(wù)上均表現(xiàn)出超越傳統(tǒng)模型的性能。在數(shù)學(xué)優(yōu)化領(lǐng)域，平臺能夠高效求解最大割等組合優(yōu)化問題，為物流、金融等行業(yè)的大規(guī)模優(yōu)化難題提供了量子解決方案。
東南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院張?jiān)阼〗淌诒硎荆?ldquo;‘東南·云霄’平臺的成功研發(fā)，是我們團(tuán)隊(duì)探索‘量子技術(shù)+行業(yè)需求’融合應(yīng)用新模式的重要成果。我們希望通過這一平臺，以及正在研發(fā)的任務(wù)導(dǎo)向量子線路設(shè)計(jì)平臺，持續(xù)降低量子計(jì)算的應(yīng)用門檻，為我國量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新和高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量。”
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