中科院机构发布量子计算硬件系统远程控制指令集 实现“云端”量子编程

中新社合肥12月3日电 (记者 张俊) 中国科学院量子信息与量子科技创新研究院量子计算云平台2日晚公开发布了用于量子计算物理系统远程调控的指令集QCIS，这意味着云平台将支持用户远程调用其开放接口，在真实量子计算原型机上进行“云端”量子编程实验。

量子计算被认为是未来具有颠覆性影响的新型计算模式之一。近期，光量子计算机“九章”和超导量子计算机“祖冲之二号”使得中国成为唯一在两条技术路线上实现“量子计算优越性”的国家，但离走向通用还有距离。提高公众使用量子计算机的便捷性是走向通用的必经之路，这其中就包括设计各类量子计算指令集以控制量子计算机。

目前国际量子计算领域有多种指令集，但各自定义不同、标准不一。此次发布的QCIS指令集针对量子计算硬件系统的量子调控，除了包含常用量子计算机指令集的功能外，还侧重物理系统的标定、校准以及量子操控的实现，更符合超导量子计算硬件系统当前发展阶段的特点和要解决的实际问题。

QCIS指令集是“祖冲之二号”的编译语言，此前为科研人员内部使用，这是首次对外开放。指令集大幅提升了用户在量子计算云平台实验室中对12比特超导量子计算原型机的操控能力。通俗地说，用户只要有量子计算云平台的账户和实验积分，就可以通过QCIS指令集在本地用编程语言调用量子计算云平台开放的接口，进行远程提交实验，开始真正的“云端”量子编程。

作为第一个面向超导量子物理系统的编译指令集，QCIS指令集突破了现有超导量子计算原型机的操控精度，实现中国量子计算技术自主可控，保障了中国在该技术领域的先进性和核心竞争力。

另据澎湃新闻报道，12月2日，中国科学院量子信息与量子科技创新研究院量子计算云平台（下称“量子创新研究院云平台”）公布了用于量子计算物理系统远程调控的指令集QCIS，这意味着云平台将支持用户远程调用其开放接口，在真实量子计算原型机上进行“云端”量子编程实验。

量子计算被认为是未来具有颠覆性影响的新型计算模式之一，其有望通过量子力学的内在特性来显著提升计算能力，超越当今的超级计算机。

今年10月，超导量子计算机“祖冲之二号” 实现“量子计算优越性”，使得中国成为唯一在两条技术路线（光量子和超导量子）上实现“量子计算优越性”的国家。不过，量子计算距离通用还有漫长距离。提高公众使用量子计算机的便捷性则是走向通用的必经之路，这就包括设计各类量子计算指令集以控制量子计算机。

指令集是计算机底层允许使用的操作指令的集合。目前，国际量子计算领域有多种指令集，不过各自定义不同，标准不一。全球各大量子云平台如IBM等广泛使用的是QASM(Quantum Assembly Language）指令集。

此次量子计算云平台发布的是QCIS(Quantum Control Instruction Set)指令集。据了解，QCIS指令集也是“祖冲之二号”的编译语言，此前由科研人员内部使用，本次为首次对外开放。

澎湃新闻记者从国盾量子获悉，QCIS是一套对超导量子计算机硬件系统进行控制的指令集，旨在将硬件控制用指令进行抽象标准化。其优化了软件方面对量子计算实体机操控的技术性能，提升线路操作在物理机上的精度。

QCIS与QASM的区别在于，QASM面向的是原始的物理系统，而QCIS是对量子门的抽象表达。QCIS和物理系统有比较紧密的的耦合，原则上QCIS和量子处理，控制系统是绑定的。如果物理系统发生大的变化，比如qubit从Transmon Qubit换成Flux Qubit或Phase Qubit, 耦合器从Gmon换成腔耦合等，QCIS也要有全新的版本才能适配.

可以说，QCIS针对量子计算硬件系统的量子调控，除了包含QASM指令集的功能外，还侧重物理系统的标定、校准以及量子操控的实现，更符合超导量子计算硬件系统当前发展阶段的特点和要解决的实际问题。

QCIS大幅地提升了用户在量子计算云平台实验室中对12比特超导量子计算原型机的操控能力。通俗地说，用户只要有量子计算云平台的账户和实验积分，就可以通过QCIS指令集在本地用编程语言调用量子计算云平台开放的接口，进行远程提交实验，开始真正的云端量子编程。

QCIS指令采用《OpCode》《Target》的格式，由指令字符，操作目标组成。目前云平台12比特量子计算机支持的指令包含14个单比特门和一个双比特门，分别为X,Y,Z,S,SD,H,T,TD,X2P,X2M,Y2P,Y2M和CZ。

作为第一个面向超导量子物理系统的编译指令集，QCIS实现中国量子计算技术自主可控，保障了中国在该技术领域的先进性和核心竞争力。

量子创新研究院云平台是目前国内接入量子比特数目最多的真实量子计算原型机的云平台。

据了解，该平台成立于2017年。2018年2月，该平台在超导量子计算方向发布11比特的云接入超导量子计算服务。今年2月，量子创新研究院、济南量子技术研究院、国盾量子等联合将量子计算云平台接入的超导量子计算原型机升级至12比特；4月，量子计算云平台完成架构更新，获得了产学研领域用户的广泛好评。

未来，云平台将会更新更多编译语言，同时进一步丰富QCIS指令功能，实现对硬件更为复杂的操作。在硬件方面，国盾量子会为量子计算云平台接入更大规模的超导量子计算原型机提供支持。澎湃新闻记者  刘航