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12月2日，中國科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院量子計(jì)算云平臺(tái)（下稱“量子創(chuàng)新研究院云平臺(tái)”）公布了用于量子計(jì)算物理系統(tǒng)遠(yuǎn)程調(diào)控的指令集QCIS，這意味著云平臺(tái)將支持用戶遠(yuǎn)程調(diào)用其開放接口，在真實(shí)量子計(jì)算原型機(jī)上進(jìn)行“云端”量子編程實(shí)驗(yàn)。
量子計(jì)算被認(rèn)為是未來具有顛覆性影響的新型計(jì)算模式之一，其有望通過量子力學(xué)的內(nèi)在特性來顯著提升計(jì)算能力，超越當(dāng)今的超級(jí)計(jì)算機(jī)。
今年10月，超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“祖沖之二號(hào)” 實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”，使得中國成為唯一在兩條技術(shù)路線（光量子和超導(dǎo)量子）上實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”的國家。不過，量子計(jì)算距離通用還有漫長距離。提高公眾使用量子計(jì)算機(jī)的便捷性則是走向通用的必經(jīng)之路，這就包括設(shè)計(jì)各類量子計(jì)算指令集以控制量子計(jì)算機(jī)。
指令集是計(jì)算機(jī)底層允許使用的操作指令的集合。目前，國際量子計(jì)算領(lǐng)域有多種指令集，不過各自定義不同，標(biāo)準(zhǔn)不一。全球各大量子云平臺(tái)如IBM等廣泛使用的是QASM(Quantum Assembly Language）指令集。
此次量子計(jì)算云平臺(tái)發(fā)布的是QCIS(Quantum Control Instruction Set)指令集。據(jù)了解，QCIS指令集也是“祖沖之二號(hào)”的編譯語言，此前由科研人員內(nèi)部使用，本次為首次對(duì)外開放。
澎湃新聞?dòng)浾邚膰芰孔荧@悉，QCIS是一套對(duì)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)進(jìn)行控制的指令集，旨在將硬件控制用指令進(jìn)行抽象標(biāo)準(zhǔn)化。其優(yōu)化了軟件方面對(duì)量子計(jì)算實(shí)體機(jī)操控的技術(shù)性能，提升線路操作在物理機(jī)上的精度。
QCIS與QASM的區(qū)別在于，QASM面向的是原始的物理系統(tǒng)，而QCIS是對(duì)量子門的抽象表達(dá)。QCIS和物理系統(tǒng)有比較緊密的的耦合，原則上QCIS和量子處理，控制系統(tǒng)是綁定的。如果物理系統(tǒng)發(fā)生大的變化，比如qubit從Transmon Qubit換成Flux Qubit或Phase Qubit, 耦合器從Gmon換成腔耦合等，QCIS也要有全新的版本才能適配.
可以說，QCIS針對(duì)量子計(jì)算硬件系統(tǒng)的量子調(diào)控，除了包含QASM指令集的功能外，還側(cè)重物理系統(tǒng)的標(biāo)定、校準(zhǔn)以及量子操控的實(shí)現(xiàn)，更符合超導(dǎo)量子計(jì)算硬件系統(tǒng)當(dāng)前發(fā)展階段的特點(diǎn)和要解決的實(shí)際問題。
QCIS大幅地提升了用戶在量子計(jì)算云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室中對(duì)12比特超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)的操控能力。通俗地說，用戶只要有量子計(jì)算云平臺(tái)的賬戶和實(shí)驗(yàn)積分，就可以通過QCIS指令集在本地用編程語言調(diào)用量子計(jì)算云平臺(tái)開放的接口，進(jìn)行遠(yuǎn)程提交實(shí)驗(yàn)，開始真正的云端量子編程。
QCIS指令采用《OpCode》《Target》的格式，由指令字符，操作目標(biāo)組成。目前云平臺(tái)12比特量子計(jì)算機(jī)支持的指令包含14個(gè)單比特門和一個(gè)雙比特門，分別為X,Y,Z,S,SD,H,T,TD,X2P,X2M,Y2P,Y2M和CZ。
作為第一個(gè)面向超導(dǎo)量子物理系統(tǒng)的編譯指令集，QCIS實(shí)現(xiàn)中國量子計(jì)算技術(shù)自主可控，保障了中國在該技術(shù)領(lǐng)域的先進(jìn)性和核心競(jìng)爭(zhēng)力。
量子創(chuàng)新研究院云平臺(tái)是目前國內(nèi)接入量子比特?cái)?shù)目最多的真實(shí)量子計(jì)算原型機(jī)的云平臺(tái)。
據(jù)了解，該平臺(tái)成立于2017年。2018年2月，該平臺(tái)在超導(dǎo)量子計(jì)算方向發(fā)布11比特的云接入超導(dǎo)量子計(jì)算服務(wù)。今年2月，量子創(chuàng)新研究院、濟(jì)南量子技術(shù)研究院、國盾量子等聯(lián)合將量子計(jì)算云平臺(tái)接入的超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)升級(jí)至12比特；4月，量子計(jì)算云平臺(tái)完成架構(gòu)更新，獲得了產(chǎn)學(xué)研領(lǐng)域用戶的廣泛好評(píng)。
未來，云平臺(tái)將會(huì)更新更多編譯語言，同時(shí)進(jìn)一步豐富QCIS指令功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件更為復(fù)雜的操作。在硬件方面，國盾量子會(huì)為量子計(jì)算云平臺(tái)接入更大規(guī)模的超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)提供支持。