本源量子
QPanda
量子软件

开发套件

基于本源自主研发的OriginIR量子语言指令集

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量子软件简介

量子软件研发内容包含三个部分:量子计算机操作系统、量子语言及编译器、量子应用软件与算法。 其中,量子计算机操作系统是量子计算机运行的软件环境,是量子软件体系的根本性关键框架,具有极强的不可替代性; 量子语言及编译器是量子计算机的可编程接口,用户需要利用指定的量子语言在经典计算机上进行编程,编译器负责将量 子语言组成的量子程序翻译成目标量子计算机可执行程序。量子语言是用户能接触到的第一手界面, 所以它是量子软件与量子计算机市场推广的关键性因素;量子应用软件与算法是用量子语言编写的, 能解决特定问题的算法或者应用程序,它是量子计算机展开到具体应用场景的方式,应用程序与算法的先进程度决定了量子计算机的市场规模与价值。

量子应用软件与算法

量子计算机具体应用场景,其先进程 度决定了量子计算机的市场规模与价

量子语言及编译器

用户编程接口,量子软件及 量子计算市场推广的关键性因素

量子计算机操作系统

不可替代的量子软件体系根本性框架
产品组成
OriginIR
全新的量子指令集
EmuWare
本源虚拟量子计算系统
Qurator
本源量子软件开发插件
QPanda
本源量子软件开发套件
本源量子计算开发团队在设计之初便创立了全新的量子语言OriginIR(量子指令集),所有量子算法、应用程序都是建立在该语言体系上的。 OriginIR语言作为一种应用于量子计算程序上面的基础汇编语言,主要功能就是作为量子计算程序基本指令,实现了对主流量子逻辑门操作的支持。 当开发人员熟练掌握了OriginIR语言后,可以更加方便快捷的操作量子态,并基于此开发针对性的量子程序。

OriginIR相对于目前国际主流的量子语言,包含更加完备的操作指令,如量子逻辑门指令、测量指令以及转置共轭指令和控制指令。 转置共轭指令用于表示量子逻辑门或量子线路的转置共轭形式,控制指令用于表示受控量子逻辑门和受控量子线路,用户可用OriginIR语言高效编写任意量子程序。 OriginIR语言简单易学,每一种图形化界面的操作,都有相应的语句与之对应。图形化界面的操作修改,也会自动的修改所对应的量子程序。
量子逻辑门指令
测量指令
转置共轭指令
控制指令
表示量子逻辑门或
量子线路的转置共轭形式
表示受控量子逻辑
门和受控量子线路
量子计算机操作系统作为量子计算机运行的软件环境,是量子软件体系的根本性关键框架,具有极强的不可替代性。由于量子计算机在硬件方面特殊的制造要求,目前还不能大规模推广应用,只能通过量子计算机操作系统和量子计算软件先行研究,以便在未来真正的量子计算机制造出来后,迅速对接使用。
目前来看,采用虚拟机方式构建量子计算机操作系统是在没有真实量子计算机的前提下进行量子计算软件研究较为可行性的方案之一。虚拟机(Virtual Machine)指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。而量子计算虚拟系统是通过生成量子计算操作系统的全新虚拟镜像,进入量子计算虚拟系统后,所有操作都是在这个全新的独立的虚拟系统里面进行,用户可操作量子比特真实模拟量子计算、保存量子计算、实验、调试的数据,不必受制于当前量子计算机硬件发展的影响,且能够在现有系统与虚拟镜像之间灵活切换。
本源量子虚拟机EmuWare是本源全面自主研发的量子计算虚拟机,采用本源全新创造的量子语言OriginIR为底层量子计算指令,结合本源成熟的量子计算技术,优化后的量子模拟计算能力极强,以模拟20位Hadmard门重复8192次为例,本源量子虚拟机耗时5s。在量子计算模拟位数方面,更于2017年成功打破曾由IBM创造的50位量子模拟计算记录。
本源量子虚拟机作为真实量子计算机模拟系统,支持概率显示、真实量子模拟等量子计算方式;支持量子语言OriginIR与图形化界面实时转换;提供量子计算从量子力学、量子算法到量子计算方面详细、全面的教程;提供主流量子算法封装,用户可直接在虚拟机中进行计算使用;提供独立API接口,方便用户在量子计算开发方面的调用;提供远程云端和本地量子虚拟机两种架设、调试方式。
在本源量子虚拟机中,用户可选择量子比特模拟位数如30、32、45位等进行量子计算的定制需求。相较于目前市面上屈指可数的量子计算虚拟机产品(如D-wave),本源量子支持提供纯软件形式的量子虚拟机,除兼容市面上主流操作系统(如Windows、Linux)、多种厂商CPU(Intel、AMD、众核)外,能在不牺牲任何运算能力的基础上,允许客户自由定制计算硬件使用。

本源量子虚拟机

对外开放32位量子虚拟机,并允许 合作客户定制量子比特位数进行计算
支持真实模拟和概率显示,允许使 用者针对不同应用场景进行量子计算使用
支持部分逻辑门旋转改变调整参数, 以便更精确地进行针对性量子计算测量
提供远程云端和本地 量子虚拟机两种架设、调试方式
支持纯软件虚拟机形式,跳出量子计算机严苛的硬件限制
兼容当前主流操作系统(Windows、Linux、Mac OS X)
兼容多种厂商CPU(Intel、AMD、中核),允许客户自由定制硬件
量子软件开发集成环境
插件是近年来十分常见的一种软件开发技术,它指定位在不同的IDE(Integrated Development Environment)开发平台(比如:Visual Studio Code、Eclipse、 intellij idea等)上进行功能扩展及定制功能的应用软件程序,其本质是在不修改程序主体的情况下对软件功能进行加强,满足特定业务及功能需求。当应用程序或者插件的接口被公开时任何人都可以自己制作插件来解决一些实际中的应用问题或增加一些功能。插件作为特殊的组件,具备组件很多优秀的特性,这些特性使其在开发、推广、应用方面有重要的现实意义,基于插件技术的软件开发可以使产品专业化、标准化、系列化,通过不同规格和系列的插件的组合,可以快速地完成应用系统原型并通过对插件的局部修改来满足客户的需求和升级。

本源量子软件开发插件Qurator用于提供量子程序开发环境的应用程序,通过定制化插件开发将强大的量子程序语言需要的所有功能集成到Eclipse等常规的IDE平台。Qurator组成包括代码编辑器、编译器、调试器和可视化的编程界面等,是集成了量子语言代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能等一体化的量子程序开发套件。
量子软件开发集成环境
自1985年Feynman提出量子计算这个概念后,科学界一直对此高度关注。当量子计算应用在信息处理上时,其能力相较于经典计算呈指数级加速。如此的不可思议,作为“程序猿”如何能在上面写个Hello world入门量子程序呢?持有这个疑问的人不少,虽然各大网站也会提供一些简要的介绍,可惜作为“门外汉”的多数人来说,对量子理论知识的理解成了障碍,更难以从程序的运行过程中去感受量子计算。而QPanda2的整体设计,期望从根本上解决这个问题。

QPanda是一套用于处理量子电路,并适应近期开发出的各式量子计算机上开发应用和进行实验的一套软件。在QPanda里,总共由三个过程组成: 初始化生成、编译和运行。初始化生成是允许用户设计不同的量子线路来处理对应需要解决的问题。而编译则是允许用户重写它们以在不同的后端运行(比如模拟器,量子芯片,不同公司的量子芯片等)。最后是运行,即是收集结果的过程,对于运行后的数据采集,取决于程序本身的设计需求去做相应的存储或者转化,运行的结果,也依赖于解决问题的需要而定。有的问题,可能需要依赖上一个量子程序运行结果才能执行下一个量子程序,诸如此类。
初始化生成
编译
运行
根据使用目的
设计量子线路
根据不同后端
重写量子程序
根据设计需求
对计算结果进行
存储、转化
应用领域
机器学习
量子软件的“神速”特性能够极大提高机器学习速度,使机器深度学习
大数据分析
量子软件基于量子强大的计算能力能够为生物、航天、运输等多行业提供大数据精准分析
生化制造
量子计算+生化制造是人类未来社会的科技图景,更是21世纪最具颠覆性的技术成就
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