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。