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，打造航空航天領域的量子時代

隨著經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的關鍵問題，并永久改變飛機的制造和飛行方式。2019年1月，空客公司發起了全球量子計算挑戰賽，邀請了全球36個量子計算團隊超過800位研究人員，與該公司聯手打造航空航天領域的量子時代。

圖片來源：空客公司官網

此次空客量子計算挑戰賽（AQCC）提出了從簡單的數學到飛行物理學，五個不同類型的問題。包括飛機爬升優化、計算流體動力學、用于求解偏微分方程的量子神經網絡、機翼設計優化、飛機裝載優化。（飛行物理學是與飛機飛行有關的所有科學和工程方面的廣泛概念，是空客公司業務的核心。該主題幾乎影響飛機壽命的所有方面：從設計到運行，從空中運動的質量到航空公司的收益流。在這一完整的生命周期內，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，為飛機的設計和優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。這項挑戰旨在展示如何使用量子計算算法或以混合量子傳統方式運行已建立的CFD仿真，以更快地解決問題，以及該算法如何根據包括計算資源在內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。隨著網格點數量的增長，需要強大的計算資源。為此，本源量子團隊構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態。QFVM完全重現經典CFD求解器的結果，輸入和輸出均為經典數據。在QFVM中，每一步迭代均指數級快于相應的經典算法部分。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問題上展現其優越性。

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激烈。從谷歌、IBM、英特爾等國際巨頭到DWAVE、IonQ、Rigetti等初創公司都在加速推進量子計算的軟硬件研發，以IBM Q NETWORK為代表的國外量子計算產業聯盟則在聯合相關企業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、應用場景、產業化等多個維度快速發展。

而在國內，雖然整個量子信息技術發展火熱，但更受國際關注的量子計算卻曲高和寡。由于技術難度大、回報周期長，國內僅有以本源量子為代表的少數公司涉及，而從事量子計算軟硬件全棧式自主研發的企業僅此一家。

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積累與硬核的研發實力。本源量子成立于2017年，核心技術團隊來自中科大、中科院量子信息重點實驗室，該團隊曾長期從事固態量子芯片、量子測控系統、量子軟件等研究，在量子計算機的軟硬件研發上具有十多年的技術積淀。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的第一目標，發布國產自主可控超導量子計算云平臺，并向量子計算產業落地的目標邁進。

空客量子計算挑戰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在航空航天領域落地應用。

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