近日，合肥本源量子團隊成功入圍歐洲空客公司主辦的量子計算挑戰(zhàn)賽決賽，成為唯一晉級決賽的中國團隊。該賽事面向全球量子計算團隊，旨在解決量子計算在航空航天領(lǐng)域的一系列應用問題。其余四支決賽隊伍分別來自法國、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)域的量子時代

隨著經(jīng)典計算機逐漸接近其算力極限，量子計算有望為世人提供更高水平的計算能力。作為先進計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)起了全球量子計算挑戰(zhàn)賽，邀請了全球36個量子計算團隊超過800位研究人員，與該公司聯(lián)手打造航空航天領(lǐng)域的量子時代。

圖片來源：空客公司官網(wǎng)

此次空客量子計算挑戰(zhàn)賽（AQCC）提出了從簡單的數(shù)學到飛行物理學，五個不同類型的問題。包括飛機爬升優(yōu)化、計算流體動力學、用于求解偏微分方程的量子神經(jīng)網(wǎng)絡、機翼設計優(yōu)化、飛機裝載優(yōu)化。（飛行物理學是與飛機飛行有關(guān)的所有科學和工程方面的廣泛概念，是空客公司業(yè)務的核心。該主題幾乎影響飛機壽命的所有方面：從設計到運行，從空中運動的質(zhì)量到航空公司的收益流。在這一完整的生命周期內(nèi)，存在許多計算難題。）

用量子計算提升飛機設計效率，本源量子提供中國方案

去年初，本源量子受邀參賽，針對計算流體動力學問題進行科研攻關(guān)，為飛機的設計和優(yōu)化提供量子計算的解決方案。飛機設計的效率在很大程度上取決于飛機的整體空氣動力學形狀。該設計使用計算流體動力學（CFD）進行，演示飛機周圍的氣流行為，并揭示作用在飛機表面的空氣動力。但是，準確的CFD模擬是一項耗時耗力的任務。這項挑戰(zhàn)旨在展示如何使用量子計算算法或以混合量子傳統(tǒng)方式運行已建立的CFD仿真，以更快地解決問題，以及該算法如何根據(jù)包括計算資源在內(nèi)的問題復雜性進行擴展。

計算流體動力學（CFD）在飛機設計中十分重要。隨著網(wǎng)格點數(shù)量的增長，需要強大的計算資源。為此，本源量子團隊構(gòu)建了一個用于在量子計算機上求解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)級快于相應的經(jīng)典算法部分。這意味著不遠的未來，量子計算機將會在一個更加復雜的CFD問題上展現(xiàn)其優(yōu)越性。

量子計算全球競爭，中國團隊成功突圍

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

而在國內(nèi)，雖然整個量子信息技術(shù)發(fā)展火熱，但更受國際關(guān)注的量子計算卻曲高和寡。由于技術(shù)難度大、回報周期長，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，本源量子針對計算流體動力學的問題，從全球36個參賽團隊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)實力。本源量子成立于2017年，核心技術(shù)團隊來自中科大、中科院量子信息重點實驗室，該團隊曾長期從事固態(tài)量子芯片、量子測控系統(tǒng)、量子軟件等研究，在量子計算機的軟硬件研發(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算的科學研究到工程實現(xiàn)的第一目標，發(fā)布國產(chǎn)自主可控超導量子計算云平臺，并向量子計算產(chǎn)業(yè)落地的目標邁進。

空客量子計算挑戰(zhàn)賽解決了空客公司專家提出的航空航天物理問題，也為量子計算界提供了一個難得的機會，用量子計算解決當今世界上與飛行物理學相關(guān)的最困難和最復雜的問題，以測試和評估最新可用的計算能力，并進一步推動量子計算技術(shù)在航空航天領(lǐng)域落地應用。

fqj