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11月22日,上海交通大學(xué)量子科學(xué)計(jì)算團(tuán)隊(duì)發(fā)布全球首款量子科學(xué)計(jì)算平臺(tái)UnitaryLab,為高難度科學(xué)與工程問題提供高效求解方案。這也標(biāo)志著量子計(jì)算從理論研究向產(chǎn)業(yè)化落地邁出關(guān)鍵一步。
首創(chuàng)“薛定諤化”算法,破解量子與經(jīng)典計(jì)算銜接難題
從天氣預(yù)報(bào)、藥物設(shè)計(jì)到金融風(fēng)險(xiǎn)管理,眾多前沿領(lǐng)域的發(fā)展都離不開復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算求解。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)面對(duì)大規(guī)模、高維度、多尺度、高精度的計(jì)算需求時(shí),往往陷入“算力不足、耗時(shí)過長(zhǎng)”的困境,計(jì)算效率已成為制約瓶頸。
而量子計(jì)算的核心價(jià)值,正是在于解決經(jīng)典計(jì)算“算不動(dòng)、算得慢、甚至無法算”的復(fù)雜問題。
UnitaryLab平臺(tái)的目標(biāo)直指科學(xué)與工程領(lǐng)域的算力難題:通過開發(fā)覆蓋偏微分/ 常微分方程求解、數(shù)值線性代數(shù)、優(yōu)化、機(jī)器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計(jì)計(jì)算等領(lǐng)域的量子算法,突破經(jīng)典計(jì)算的算力瓶頸。
其中,UnitaryLab 1.0版首先著眼于常/偏微分方程求解這一科學(xué)計(jì)算核心問題,它實(shí)現(xiàn)了對(duì)常/偏微分方程的量子算法構(gòu)建、求解和量子線路設(shè)計(jì),成功突破傳統(tǒng)計(jì)算效率瓶頸,理論上可以將3維方程的計(jì)算效率提高6倍以上,將5維方程的計(jì)算效率提高2.5萬倍以上,將9維方程的計(jì)算效率提高1萬億倍以上。
UnitaryLab1.0 的核心優(yōu)勢(shì)源于上海交通大學(xué)金石、Nana Liu 團(tuán)隊(duì)提出的的“薛定諤化”系列量子算法。該算法創(chuàng)新性地將偏微分方程轉(zhuǎn)化為量子系統(tǒng)可直接處理的酉演化形式(薛定諤型方程),解決了傳統(tǒng)量子算法難以適配復(fù)雜科學(xué)工程計(jì)算問題的行業(yè)痛點(diǎn)。“薛定諤化”量子算法框架的突破,大大拓展了量子計(jì)算可解決的科學(xué)與工程問題的邊界,也被國(guó)家自然科學(xué)基金委2024年度報(bào)告選為數(shù)學(xué)唯一代表性成果。
該算法實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)算與經(jīng)典科學(xué)工程計(jì)算的高效銜接,降低了量子計(jì)算的應(yīng)用門檻,為金融、能源、醫(yī)療等行業(yè)的復(fù)雜計(jì)算問題提供了全新解決方案,對(duì)推動(dòng)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。
適配“教學(xué) — 科研 — 產(chǎn)業(yè)” 全鏈路
過去,想用量子計(jì)算解決復(fù)雜問題,不僅需要深厚的量子物理、高等數(shù)學(xué)知識(shí),還得精通計(jì)算機(jī)編程,往往需要跨領(lǐng)域?qū)<医M隊(duì)協(xié)作,才能完成從建模到求解的全流程。工程師、科研人員、高校學(xué)生,即便有計(jì)算需求,也因“門檻太高”望而卻步,這嚴(yán)重制約了量子計(jì)算的普及與應(yīng)用。
UnitaryLab 1.0直擊痛點(diǎn),創(chuàng)新整合了“模型構(gòu)建 - 算法適配 - 結(jié)果可視化”全鏈路工具,搭配直觀操作界面,使量子計(jì)算變得“友好易用”。平臺(tái)內(nèi)置上海交大原創(chuàng)的“薛定諤化”核心算法與模型,將復(fù)雜的量子化建模過程直接簡(jiǎn)化為“參數(shù)輸入”,用戶無需專業(yè)量子知識(shí),只需錄入問題核心數(shù)據(jù),系統(tǒng)就能自動(dòng)完成轉(zhuǎn)化與計(jì)算,全程無需手動(dòng)編寫復(fù)雜代碼。
“平臺(tái)極大降低了使用量子計(jì)算的門檻。”UnitaryLab平臺(tái)總負(fù)責(zé)人張鐳教授表示,UnitaryLab 1.0讓工程師、科研人員、學(xué)生等非量子領(lǐng)域用戶,也能快速開展量子科學(xué)計(jì)算與工程仿真,將建模周期大幅縮短,極大地加速了復(fù)雜問題的求解效率,推動(dòng)了量子產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)的全面升級(jí)。
UnitaryLab 1.0創(chuàng)新支持“科研+產(chǎn)業(yè)”雙場(chǎng)景適配,能滿足“教學(xué)-科研-產(chǎn)業(yè)”的全鏈路用戶需求。
據(jù)介紹,在教學(xué)科研端,搭載支持實(shí)時(shí)編輯的可視化量子線路模塊,讓學(xué)生直觀看到量子算法的工作原理;產(chǎn)業(yè)應(yīng)用端,內(nèi)置多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域常用的方程庫(kù),如金融建模的 Black-Scholes 方程、地質(zhì)勘探的彈性波方程等等,滿足用戶多樣的計(jì)算需求。
“平臺(tái)有效地處理了科研與產(chǎn)業(yè)脫節(jié)的行業(yè)痛點(diǎn)。”軟件開發(fā)負(fù)責(zé)人胡俊鵬博士介紹,不僅豐富了高校的量子教學(xué)的工具,更打通了“人才培養(yǎng)-科研創(chuàng)新-產(chǎn)業(yè)應(yīng)用”的完整鏈條,讓企業(yè)實(shí)際問題也能反哺科研創(chuàng)新。
從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)界,量子計(jì)算落地應(yīng)用提速
平臺(tái)推出后已獲得海內(nèi)外科研團(tuán)隊(duì)的積極測(cè)試,用于量子計(jì)算模擬的研究。同時(shí)吸引了大量的合作者,平臺(tái)已與國(guó)內(nèi)量子硬件頭部企業(yè)達(dá)成合作,將UnitaryLab 1.0應(yīng)用于真機(jī)驗(yàn)證;并與不同企業(yè)端的工業(yè)設(shè)計(jì)仿真軟件團(tuán)隊(duì)、通用型科學(xué)計(jì)算與系統(tǒng)仿真軟件團(tuán)隊(duì)建立初步合作溝通,積極探索不同領(lǐng)域的量子賦能。
團(tuán)隊(duì)還將就偏微分方程量子算法的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置等開展研究,構(gòu)建“算法流程—線路實(shí)現(xiàn)—軟硬件接?”全鏈路PDE量?求解標(biāo)準(zhǔn)體系,推動(dòng)量?算法從“碎?化探索”轉(zhuǎn)向“標(biāo)準(zhǔn)化落地”。
而且,UnitaryLab 1.0依托原創(chuàng)核心算法與開放接口,支持功能模塊靈活拓展。同時(shí),在硬件適配上,與主流量子計(jì)算硬件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了全兼容,這也將有助于推動(dòng)量子計(jì)算“算法-軟件-硬件”生態(tài)的協(xié)同發(fā)展,加速行業(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
據(jù)悉,量子科學(xué)計(jì)算團(tuán)隊(duì)還將繼續(xù)深耕量子算法創(chuàng)新并研發(fā)特色算法適配的專用硬件設(shè)備,迭代升級(jí)UnitaryLab平臺(tái)的功能模塊與應(yīng)用生態(tài),推動(dòng)軟硬件一體化解決方案的規(guī)模化落地,讓量子計(jì)算成為驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、破解算力瓶頸的核心引擎。





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