近日，合肥本源量子團(tuán)隊(duì)成功入圍歐洲空客公司主辦的量子計(jì)算挑戰(zhàn)賽決賽，成為唯一晉級決賽的中國團(tuán)隊(duì)。該賽事面向全球量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)，旨在解決量子計(jì)算在航空航天領(lǐng)域的一系列應(yīng)用問題。其余四支決賽隊(duì)伍分別來自法國、德國、荷蘭等國家，決賽成績將于12月揭曉。

面向全球，打造航空航天領(lǐng)域的量子時(shí)代

隨著經(jīng)典計(jì)算機(jī)逐漸接近其算力極限，量子計(jì)算有望為世人提供更高水平的計(jì)算能力。作為先進(jìn)計(jì)算解決方案的活躍用戶，空中客車公司（后簡稱“空客公司”）一直在探索利用最前沿的計(jì)算方式解決航空航天工業(yè)的關(guān)鍵問題，并永久改變飛機(jī)的制造和飛行方式。2019年1月，空客公司發(fā)起了全球量子計(jì)算挑戰(zhàn)賽，邀請了全球36個(gè)量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)超過800位研究人員，與該公司聯(lián)手打造航空航天領(lǐng)域的量子時(shí)代。

圖片來源：空客公司官網(wǎng)

此次空客量子計(jì)算挑戰(zhàn)賽（AQCC）提出了從簡單的數(shù)學(xué)到飛行物理學(xué)，五個(gè)不同類型的問題。包括飛機(jī)爬升優(yōu)化、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)、用于求解偏微分方程的量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)翼設(shè)計(jì)優(yōu)化、飛機(jī)裝載優(yōu)化。（飛行物理學(xué)是與飛機(jī)飛行有關(guān)的所有科學(xué)和工程方面的廣泛概念，是空客公司業(yè)務(wù)的核心。該主題幾乎影響飛機(jī)壽命的所有方面：從設(shè)計(jì)到運(yùn)行，從空中運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量到航空公司的收益流。在這一完整的生命周期內(nèi)，存在許多計(jì)算難題。）

用量子計(jì)算提升飛機(jī)設(shè)計(jì)效率，本源量子提供中國方案

去年初，本源量子受邀參賽，針對計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)問題進(jìn)行科研攻關(guān)，為飛機(jī)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供量子計(jì)算的解決方案。飛機(jī)設(shè)計(jì)的效率在很大程度上取決于飛機(jī)的整體空氣動(dòng)力學(xué)形狀。該設(shè)計(jì)使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）進(jìn)行，演示飛機(jī)周圍的氣流行為，并揭示作用在飛機(jī)表面的空氣動(dòng)力。但是，準(zhǔn)確的CFD模擬是一項(xiàng)耗時(shí)耗力的任務(wù)。這項(xiàng)挑戰(zhàn)旨在展示如何使用量子計(jì)算算法或以混合量子傳統(tǒng)方式運(yùn)行已建立的CFD仿真，以更快地解決問題，以及該算法如何根據(jù)包括計(jì)算資源在內(nèi)的問題復(fù)雜性進(jìn)行擴(kuò)展。

計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）在飛機(jī)設(shè)計(jì)中十分重要。隨著網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)量的增長，需要強(qiáng)大的計(jì)算資源。為此，本源量子團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)用于在量子計(jì)算機(jī)上求解CFD問題的算法。算法是有限體積法的量子版本（QFVM），也是一個(gè)迭代法，并且也可以在給定空間中模擬演化和穩(wěn)態(tài)。QFVM完全重現(xiàn)經(jīng)典CFD求解器的結(jié)果，輸入和輸出均為經(jīng)典數(shù)據(jù)。在QFVM中，每一步迭代均指數(shù)級快于相應(yīng)的經(jīng)典算法部分。這意味著不遠(yuǎn)的未來，量子計(jì)算機(jī)將會在一個(gè)更加復(fù)雜的CFD問題上展現(xiàn)其優(yōu)越性。

量子計(jì)算全球競爭，中國團(tuán)隊(duì)成功突圍

近年來，全球量子計(jì)算競爭愈發(fā)激烈。從谷歌、IBM、英特爾等國際巨頭到DWAVE、IonQ、Rigetti等初創(chuàng)公司都在加速推進(jìn)量子計(jì)算的軟硬件研發(fā)，以IBM Q NETWORK為代表的國外量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟則在聯(lián)合相關(guān)企業(yè)探索量子計(jì)算的實(shí)用化場景。全球量子計(jì)算正從理論、物理實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用場景、產(chǎn)業(yè)化等多個(gè)維度快速發(fā)展。

而在國內(nèi)，雖然整個(gè)量子信息技術(shù)發(fā)展火熱，但更受國際關(guān)注的量子計(jì)算卻曲高和寡。由于技術(shù)難度大、回報(bào)周期長，國內(nèi)僅有以本源量子為代表的少數(shù)公司涉及，而從事量子計(jì)算軟硬件全棧式自主研發(fā)的企業(yè)僅此一家。

本次比賽中，本源量子針對計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的問題，從全球36個(gè)參賽團(tuán)隊(duì)中脫穎而出入圍決賽，正是源于長期的技術(shù)積累與硬核的研發(fā)實(shí)力。本源量子成立于2017年，核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)來自中科大、中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，該團(tuán)隊(duì)曾長期從事固態(tài)量子芯片、量子測控系統(tǒng)、量子軟件等研究，在量子計(jì)算機(jī)的軟硬件研發(fā)上具有十多年的技術(shù)積淀。今年9月，本源量子已率先完成量子計(jì)算的科學(xué)研究到工程實(shí)現(xiàn)的第一目標(biāo)，發(fā)布國產(chǎn)自主可控超導(dǎo)量子計(jì)算云平臺，并向量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)落地的目標(biāo)邁進(jìn)。

空客量子計(jì)算挑戰(zhàn)賽解決了空客公司專家提出的航空航天物理問題，也為量子計(jì)算界提供了一個(gè)難得的機(jī)會，用量子計(jì)算解決當(dāng)今世界上與飛行物理學(xué)相關(guān)的最困難和最復(fù)雜的問題，以測試和評估最新可用的計(jì)算能力，并進(jìn)一步推動(dòng)量子計(jì)算技術(shù)在航空航天領(lǐng)域落地應(yīng)用。

fqj