前不久，一台基於超導量子計算方案的“祖沖之號”正式上線量子計算雲平台，並且面向全球用戶開放。

據悉，“祖沖之號”量子計算雲平台是由中國科學院量子信息與量子科技創新研究院等多個單位合作研發的，目前可供用戶使用高達176個量子比特來進行在線測試，並且可以執行用戶自行編程的量子算法。這標志著，我國的量子計算雲平台不僅刷新了超導量子計算機的比特數紀錄，而且接入的新一代量子計算機的設計指標也瞄准了國際先進水平。

超導量子計算機

量子計算雲平台是將量子計算技術和互聯網雲平台相結合的全新計算平台，它向公眾提供了可以遠程訪問和使用量子技術資源和服務的平台，包括量子比特（qubit）的選取、量子邏輯門的操作以及執行相應的量子算法等。

與傳統的雲計算平台類似，量子計算雲平台可以將量子計算資源和服務同時提供給多個用戶，從而提高資源的利用率，並且加速了量子計算技術的發展和應用，讓更多的人可以參與到量子計算的研究和開發中。

那麼，量子計算雲平台到底有什麼神奇之處？科學家們為什麼要爭相研究它呢？

科幻照進現實：在家就能完成量子計算

每當我們談及量子計算的時候，大家腦海中浮現的往往是科幻小說中的情景，而這也進一步激發了大家對於量子計算的好奇。其實，量子計算聽上去之所以神秘，主要是因為它涉及到一些與經典計算完全不同的概念和原理，具有許多令人費解和令人驚奇的特性。

在經典計算中，計算機採用比特來表示0態或者1態，從而完成數據的分析和運算。而量子計算則採用量子比特來表示0態和1態的疊加，這種疊加態賦予了量子計算機處理信息的獨特能力。

舉個例子，當有2個量子比特時，量子計算機可以同時處理這四種可能性，而經典計算機則需要逐個考慮每種狀態。這就意味著，隨著量子比特數目N的增加，量子計算機的運算能力將以2的N次方的指數形式迅速增長，從而展現出經典計算難以比擬的超強算力。

量子計算概念圖

然而，量子計算的發展仍舊處於從實驗室走向工業界的起步階段，它們大多設備復雜、成本高昂，並且需要專業的研究人員悉心維護，因此難以在短時間內走進千家萬戶。即使是採用目前比較主流的物理方案（比如超導量子比特、光量子比特以及囚禁離子等），量子計算機的量子比特數目仍然十分有限，隻能在某些特定的算法問題上展現出自身的優勢。

因此，這時候迫切需要一種溝通的橋梁，將“實驗室-工業界-普通用戶”聯系在一起，從而使三方共同參與到量子計算的研究和應用中來，加速量子計算技術的發展。

幸運的是，基於互聯網雲平台的量子計算提供了這種溝通的橋梁，從而打通了“產學研”這一道路，它的出現就像上世紀90年代興起的萬維網（World Wide Web）一樣，讓無數普通用戶參與其中，從而構建出更加活躍的社區生態，並且逐步探索量子計算的潛在應用。

萬維網示意圖

有啥用？有大用

量子計算雲平台的出現為研究人員和普通用戶和提供了便利，使得用戶能夠利用量子計算的潛力，探索新的應用和算法。

量子計算雲平台可以用於量子模擬。雲平台可以用於模擬物理系統、分子結構等復雜系統的行為。這對於研究新藥物設計、材料科學和化學反應等領域具有重要意義。例如，通過模擬分子的相互作用，科學家可以更快速地開發新型藥物，以及優化材料的性能。

它還可以用來優化問題。雲平台可以解決一些經典計算中非常耗時的優化問題，例如旅行商問題和物流優化。通過利用量子算法的優勢，可以提供更快速、更高效的解決方案，從而改善日常生活中的路線規劃、資源分配等問題。

除此之外，它還可以用於加密與提高安全性。量子計算在密碼學領域具有潛在的影響。雲平台可以用於研究和開發抵御量子計算攻擊的加密算法。這有助於提高網絡通信和數據傳輸的安全性，保護個人隱私和商業機密。

加密示意圖

對於大眾而言，雖然大家可能沒有豐富的專業技能和經驗，卻可以通過雲平台訪問量子計算資源，享受相關算法和應用的好處。雲平台為用戶提供了一個簡化的界面和工具，使得用戶能夠利用量子計算的潛力，無需自己構建和維護量子計算機。

量子計算雲平台的正確打開方式

量子計算雲平台既然這麼好，我們普通用戶該如何才能使用呢？與訪問雲端的服務器類似，量子計算雲平台的使用也需要我們採用個人設備終端，利用互聯網來遠程訪問量子計算機器。也就是說，普通用戶隻需要在個人電腦上用鼠標輕輕一點，就可以訪問和使用傳說中神秘的量子計算機，從而完成特定的量子算法任務。

當然，具體的使用方式會隨著不同的量子計算雲平台的服務商不同而有所差異，這就像我們使用電腦的時候選取不同的操作系統一樣。一般而言，量子計算雲平台的使用方式可以概括為以下幾個步驟：

1. 注冊和登陸

2. 選擇計算資源，並創建任務

根據所需的算法任務的不同，選擇所需的量子計算資源，包括量子比特數目、量子門操作的種類和參數等。通常情況下，量子比特的數目越多，可以運行更加復雜的算法任務，但是錯誤率也會隨之上升。因此，一些平台會提供不同的量子計算資源的選擇，從而滿足不同的任務需求﹔

3. 編寫量子算法，並執行任務

普通用戶可以使用平台提供的開發工具來編寫量子算法，平台通常也會提供示例代碼和算法案例，以幫助大家入門和理解如何使用量子計算雲平台。一旦編寫完成量子算法后，就可以在平台提供的交互式界面上，直接完成任務的提交和執行﹔

4. 任務進展和結果獲取

為了查看任務的執行情況，量子計算雲平台還可以提供實時的任務監視工具來跟蹤任務的進度，從而幫助大家更好地理解任務的執行過程。當任務完成后，我們就可以從平台上獲取計算結果，這通常包括量子比特的測量結果、計算的概率分布以及相應的優化結果等。

因此，量子計算雲平台的出現為普通用戶提供了訪問和利用量子計算資源的機會，推動了量子計算技術的發展和應用。普通用戶也無需購買和維護昂貴的量子計算設備，隻需要在簡單的培訓后，就可以訪問和使用量子計算資源來執行復雜的量子計算任務。

快來試試不同的“款式”

目前，市場上已經存在一些主要的量子計算雲平台了，它們分別是由國內外的科技公司主導搭建的，並且已經擁有了各自獨特的量子計算的社區生態。以下是其中一些知名的量子雲計算平台，以及它們各自的獨特優勢：

IBM Q Experience：早在2017年，這款面向公眾免費試用的量子計算雲服務就出現了，它提供了整套的量子計算開發工具，能夠讓用戶自由地編寫和執行所需算法任務。同時，用戶也可以通過在線雲平台，或者通過python語言下的qiskit進行訪問和使用量子計算資源。

IBM Q Experience

Azure Quantum：在2019年，一套全開放式的量子計算雲平台——Azure Quantum，也出現了。該平台可以幫助用戶訪問並使用來自三家不同廠商的量子硬件，且支持使用開源量子開發套件（QDK）、Azure經典計算機以及一款量子模擬器，從而適配用戶的不同任務需求。

Amazon Braket：在2019年末，這款量子計算雲平台出現了，並且支持使用多種編程語言（如Python和Qiskit）進行量子算法開發和測試。除此之外，它還提供了三個著名的量子后端設備 IonQ，Rigetti 和 D-Wave 的訪問端口，它們分別代表了量子計算的三種物理實現方式，分別是離子阱，超導量子和退火量子計算。

Amazon Braket

除了國外的多種“款式”外，國內也上線了多種量子計算雲平台，也有越來越多的研究機構加入了對雲平台的研發中。上周，在2023年中關村論壇展覽（科博會）上，北京量子信息科學研究院、中國科學院物理所和清華大學面向公眾展示了新一代名為“Quafu”的量子計算雲平台，吸引了國內外的廣泛關注。

量子計算雲平台是將量子計算機“搬進”千家萬戶的網絡平台，相信隨著技術的進步和量子計算機的發展，未來還可能出現更多的量子計算雲平台可供普通用戶進行選擇，未來的雲平台也將具有更強大的功能。讓我們拭目以待吧！

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