本源超导量子计算机自主制造链11类产品系列之十：中国首套量子计算机应用软件与解决方案

本源超导量子计算机自主制造链由11个部分组成，该制造链生产的中国自主超导量子计算机已向中国用户交付多台，本源基于该制造链自主研制的中国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”已于日前上线并对全球开放使用。

中国首套量子计算机应用软件与解决方案

本源量子着力打造量子计算生态联盟，推出中国首套量子计算机应用软件与解决方案，为生产制造上下游企业、行业应用企业、教育企业及学校赋能，建立量子计算全面发展的生态圈。

1.“量超智”三算融合

超级计算、智能计算与量子计算的协同工作，称为“三算融合”。如果把普通计算机比喻成一把“步枪”，那么带有人工智能的智能算力就是一门“火炮”，而量子计算机就像是一枚“导弹”。三者协同将是未来算力的终极形态。

合作案例2022年

本源量子联合合肥市大数据资产运营有限公司发布国内首款量子计算全球开发者平台（后端接入超算和量子计算机）。

2023年

• 上海超级计算中心与本源量子携手推动“量超协同”在全国的先行试点——长三角量超协同创新中心，助力推动量子计算技术服务长三角经济发展一体化，引领构建全国算力新格局。
• 本源量子联合上海超级计算中心、国家超级计算郑州中心和中国移动云能力中心共同打造“量超融合”先进计算平台，可提供量超云融合服务，双向发挥量子计算机和超级计算机各自优势。

2024年
 

“本源悟空”入驻国家超算互联网平台

国家超算成都中心与中国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”联机并上线端口至本源量子云平台。
 

本源量子与合肥先进计算中心共建量超智融合平台
 

“本源悟空”受邀成功接入长三角枢纽芜湖集群算力公共服务平台，探索中国通算、智算、超算、量算的“四算合一”体系建设。

本源量子正在联合甘肃省共建量子计算中心……

 

2.生命科学

量子计算在生命科学领域的应用主要包括药物设计、蛋白质结构预测和基因编辑等方面。通过量子模拟，研究人员可以更准确地预测分子之间的相互作用，从而加速新药的研发过程。此外，量子计算还可以用于医疗数据的分析与处理，为患者提供最佳诊疗方案。

应用产品量子计算化学应用软件ChemiQ

ChemiQ依托本源量子自主研制的QPanda量子编程框架，利用量子叠加与纠缠的天然优势，使用真实或模拟量子计算机来计算分子能量和结构、计算化学反应、模拟势能曲线、模拟动力学轨迹等。在加速化学合成、药物研发、材料设计、能源开发等方面具备广泛应用前景。

 

 

合作案例2021年

• 本源量子联合德美化工、金斯瑞、瀚海博兴等10余家企业联合发起成立量子计算生物化学行业应用生态联盟，探索量子计算在生物、医药、化工、材料、能源等细分领域的落地应用场景。
• 本源量子团队利用量子近似优化算法（QAOA）模拟计算机辅助药物设计的分子对接过程，该算法将分子对接问题转换成药效团之间的组合问题，大大加速了药物发现的过程。

2023年

• 本源量子与蚌埠医科大学达成合作，共探量子计算在辅助医学图像识别、疾病诊断、药物筛选、诊断标志物发现等生物医药领域的应用，中国医疗数据与国产自主可控量子算力首次“牵手”。
• 本源量子与蚌埠医科大学、安徽省量子计算工程研究中心、量子计算芯片安徽省重点实验室联合创办国内首个量子计算方向数据医学实验班。
• 本源量子首次通过将量子计算与深度学习方法结合，设计混合经典量子图像算法，针对乳腺钼靶图像的分类、分割进行高精度快速分析，帮助临床医生更高效准确地对患者病情做出判断，中国首次在诊治乳腺癌领域应用中国自主可控量子算力。

3.先进工业

在航空航天、气象预报和热能动力等尖端领域，随着计算规模的急剧增长，传统计算机在提升工程设计效率方面正面临前所未有的挑战。通过利用量子计算的独特算法和并行处理能力，这些行业有望实现计算效率的革命性提升。

应用产品

“本源量禹”QCFD

国内第一款量子计算流体力学仿真软件

该软件基于量子有限体积法，原理上能实现对CFD仿真计算的亚线性加速。未来，在航空航天、热能动力、环境工程等领域，该软件可以进行更高效的数值仿真实验。

 

合作案例2019年本源量子受邀参加空客公司全球量子计算挑战赛，针对计算流体动力学问题进行科研攻关，为飞机的设计和优化提供解决方案。

 

2023年

• 本源量子与中国航空研究院、合肥综合性国家科学中心人工智能研究院（安徽省人工智能实验室）、中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所联合申报中国航空科学基金项目《航空数值模拟领域量子计算技术探索》。

 

• 本源量子与中国航天空气动力技术研究院合作共建量子计算流体力学联合工作室，标志着国产量子算力开始进入中国航天领域。

4.金融科技

量子计算在金融领域的应用主要体现在风险管理、投资组合优化、期权定价和金融市场预测等方面。通过量子算法，金融机构可以更快速准确地分析大量数据，为投资者提供更精确的投资建议。此外，量子计算还可以用于开发新的金融产品和服务，以满足不断变化的市场需求。

应用产品

• 投资组合优化真机应用

全球首个采用分布式量子计算思路设计的、规模最大的投资组合优化真机应用。该应用依托“本源悟空”量子计算机真机，在处理相同规模问题上，资源消耗远低于经典计算机，为处理大规模投资组合优化问题、得出特定风险偏好类型下的最佳收益组合开辟了更高效的路径。

量子期权定价应用

国内首个、种类最全的量子期权定价应用，让金融机构近乎实时地对期权进行重估，更快更准地进行价值发现。

量子期权策略应用

能够让投资者更及时有效地评估期权策略组合收益。

量子贝叶斯网络应用

在金融行业，量子贝叶斯网络可以用于股价预测，通过对大量历史数据的学习和分析，预测未来股票价格的走势。在医疗领域中，量子贝叶斯网络可用于疾病诊断以辅助医生更准确地治疗疾病。在自然语言处理上，量子贝叶斯网络可用于语义解析和文本分类等。合作案例

建信金科

量子金融算法：开发出了VaR值计算和量子期权定价两种金融应用算法；

量子金融应用基地：技术研究、人才培养、产学研项目、金融应用、金融标准制定。

中信银行

       引入量子计算实现的量子贝叶斯网络，完美继承贝叶斯网络已有的功能，而且能够充分发挥量子计算的优势，大幅降低计算复杂度，并支持更大规模的模型。

• 中金公司

合作申报中国证券业协会 2022 年重点课题研究《量子计算机在期权定价的应用研究》。

• 浦发银行

与上海浦东发展银行信用卡中心合作量子计算应用探索项目，研究量子贝叶斯网络在信用卡风险评价方面的应用。

• 新华财经

新华财经APP平台集成量子金融应用算法集合，向高端金融从业用户群体展示量子算法优越性，新华指数团队联合开发量子启发式算法，处理“指数跟踪”“指数优化”问题。

• 平安银行

联合开展金融欺诈等领域量子金融算法的研究与落地，实现量子算法在金融具体业务场景上的应用，旨在提升在反欺诈、反洗钱等业务领域的计算速度，大幅提高银行金融服务的智能化水平。

5.人工智能

随着数据体量呈现爆发式增长，人工智能的算力需求激增，传统CPU芯片难以胜任海量异构数据的并行计算，而量子计算具有经典计算技术难以企及的并行计算能力和信息处理能力，恰好能够解决人工智能发展所需。

应用产品

量子机器学习框架——VQNet 2.0

国内首个支持量子计算机和超级计算机“协同学习”（后称“量超协同学习”）量子机器学习框架——VQNet 2.0，该框架与量子计算机操作系统本源司南深度结合，首次支持同时调度量子和经典计算资源进行机器学习的训练与预测。

自动驾驶的研究者可以使用这一新框架，开发在自动驾驶领域支持“量超协同学习”的新算法，加快训练速度；自然语言处理的研究者也可用其开发支持“量超协同学习”的新算法，提高算法对语言的理解能力……

图为量子机器学习框架VQNet2.0

图像修复应用

可以用于图像处理领域，对破损图像进行修复操作。

• 图像识别

将量子卷积神经网络应用于图像识别可有效提升图像识别（二分类、多分类）的运行速度，并降低资源消耗。

• 手写数字识别

通过量子经典混合神经网络实现手写数字识别，用量子算法加速计算机视觉处理。

 

6.信息安全

 

量子计算机因其超强算力可以对原本的公钥密码体系产生严重威胁，PQC（Post-Quantum Cryptography后（抗）量子密码学）技术能够有效地抵抗量子计算机的攻击。为抵抗量子计算机的潜在攻击，世界各国纷纷加速推进PQC迁移以替换原本的公钥密码体系。

 

应用产品

本源磐石-后量子软件密码模块

支持由国家密码管理局(OSCCA)和密码行业标准化技术委员会(CSTC)发布的国密SM系列算法，国际主流公钥密码算法以及NIST公布的提前进入标准的两个PQC算法——Kyber和Dilithium算法。能够同时抵御经典计算机和量子计算机的攻击，为敏感数据提供更高级别的安全保护。

• 本源磐石-后量子密码卡

该密码卡可嵌入计算机、密码机或服务器内部使用，提供各种性能的、多任务并行处理的密码运算，为宿主设备提供数字签名/验证、非对称/对称加解密、量子随机数生成、完善的密钥生成和管理等服务，保证传输信息的机密性、完整性和有效性。

本源磐石-后量子数据库加密机

一款基于本源后量子密码卡技术专为数据库数据存储安全设计的基础密码设备，是依托本源河图后量子加密库的数据库主动防御产品。

 

应用产品

2024年，我国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”成功装备国内首个PQC“抗量子攻击护盾”——PQC（Post Quantum Cryptography，后量子密码）混合加密方法。这将使“本源悟空”更好抵御其他量子计算机的攻击，确保运行数据安全。

7.能源领域

量子计算可用于优化能源系统的设计和运行，提高能源利用效率，降低能源成本。量子计算在能源材料领域的应用主要集中在新材料的设计和优化上。通过量子模拟，研究人员可以在原子层面上探索材料的结构和性质，从而发现具有优异性能的新型能源材料。

应用方案

• 光伏功率预测

本源提出了基于双重注意力的深度分割量子长短期记忆神经网络模型，与传统长短期记忆网络方法相比，该模型参数量更少，可降低光伏发电功率预测误差，性能更为卓越。

负荷预测

量子机器学习可高效处理负荷预测中的非线性关系，且量子比特的并行性质有望提高对大规模负荷数据的处理效率，从而解决传统方法对数据量大的依赖问题；此外，引入量子神经网络可以提高模型的表示能力，增强对异常值的稳健性，为负荷预测提供更准确的结果。

量子潮流计算

潮流计算在电力系统设计、诊断、维护中起到关键作用，比如解决设备选用、优化供电方案、安全分析等，量子计算可加速这些方案的实现。

机组组合优化

机组组合是发电计划的核心，能优化发电资源，应对负荷和新能源波动，满足系统需求。优化的机组方案能提升效率和经济性。本源量子的QAOA算法可以通过改变编码，提高其搜索和求解效率。

合作案例

2023年

• 本源量子与国网安徽省电力有限公司经济技术研究院就光伏功率预测这一场景展开探索，目前已取得阶段性成果。
• 本源就量子计算在潮流计算中的应用与国网电科院达成合作，正在探索量子计算在潮流计算中的应用。

8.大数据将量子计算应用于大数据的优势在于打破图灵机模式的计算限制，不仅可以降低问题复杂度，而且提高了指数级计算效率和计算性能。应用产品

用户行为预测应用

基于大规模用户行为数据，挖掘对象之间的隐含关系

网络排序应用

对复杂网络节点综合评估，探索网络影响力最大化

 

 

 

9.量子教育结合量子计算教育发展现状，本源量子自研开发全栈式量子教育产品，提供量子计算教育全链条解决方案，旨在满足交叉学科人才培养及科学研究的教学需求，为各级用户提供全面的量子计算教育服务。教育产品

• 本源量子计算全物理体系学习机

一站式系统环境，提供量子计算及量子算法的学习、培训、开发、实验和应用。

 

中国首款量子计算机VR体验系统

通过它能够深入了解、学习量子技术，认识量子比特的状态演化并亲自搭建量子计算机。为科普教育提供更好的体验式学习场景，满足教学实训需求。

 

量子计算教研一体化平台

面向教育机构使用的量子教学软件，帮助学校搭建自己的量子计算教学体系。

 

全栈式量子计算教育课程

本源量子计算教育系列课程，包含详细的量子计算专业基础、高级开发课程，从概念引入到量子编程“步步为营”。

• 《量子计算与编程入门》教材

中科院量子信息重点实验室郭国平团队联手本源量子专业研究团队合力打造，国内第一部专业的量子计算与编程教材。

 

 

• 国内首个量子计算教育研究教育部纵向课题

2021年，发布国内首个量子计算教育研究教育部纵向课题”科创融教“，联合西安交通大学、电子科技大学、中南大学等十余所高校共同立项多个教育研究创新课题。

• 国内首个校园量子计算科普基地

2021年，基于本源量子全物理体系学习机，本源量子联合广东德美化工、容山中学打造国内首个校园量子计算科普基地，助力容山中学获评佛山市优秀创客教育空间、广东省科普教育基地等称号。

量子计算课程建设

2022年，本源量子与湖北师范大学合作，建设量子计算实验室、量子通信实验室，并共同开发量子计算实验课程资源，联合申报省一流课程建设。

量子计算科研中心

2023年，与长江大学合作，建设量子科技科普基地，量子计算实验室等教学科研载体，校企战略合作共建量子信息科学专业，打造集科普、教学、实训、科研及应用于一体的量子计算科研中心。