知識點：量子計算機，也需要裝操作系統-正能量-漫步新聞-陪你看看

2025年10月，

諾貝爾物理學獎

被授予三位量子物理學家，

以表彰他們

爲超導量子比特研發

奠定核心基礎的成果，

更標誌着量子計算

從理論探索正式邁向

工程化落地的新階段。

今年，

全球量子計算領域

碩果累累。

2025年2月，

中國“九章三號”

光量子計算機實現商用，

特定場景運算效率

超傳統超算千億倍。

2025年8月，

中國科大突破

2024個原子的高精度操控。

2025年9月，

加州理工用激光

構建6100個原子量子陣列，

中性原子路線規模再刷新。

2025年10月，

美國IBM在歐洲啓用

首臺最前沿的

商用量子計算機

IBM Quantum System Two。

但量子計算行業

仍面臨諸多困境，

一是線路瓶頸顯著，

超導路線受困於低溫成本，

光量子路線受制於環境穩定性，

中性原子路線則卡在

相干時間與操作精度。

二是技術兼容難題，

不同設備的原理、

環境差異大，

開發者設計算法

需適配硬件限制，

難以發揮性能。

三是量子設備相較經典計算機

還比較原始，

體積大、錯誤率高，

計算前需幾小時校準，

多數開發者難以操作。

面對這些問題，

能統籌不同硬件路線的

統一量子計算操作系統

成爲關鍵。

它可以屏蔽底層硬件差異，

讓開發者無需關注硬件特性，

專注算法設計，

從而大大降低學習成本。

不過，

在理解量子計算

操作系統的價值之前，

讓我們先理清

“量子”與“量子計算”的

基礎概念。

01什麼是量子？

量子是構成世界的“最小不可分割單元”——像光的最小單位光子、電的最小單位電子，都屬於量子範疇。它有個顛覆常識的特性：未被觀測時，能同時處於多種狀態，就像旋轉的硬幣，既不是明確的正面也不是反面；而一旦被觀測，就會瞬間“固定”爲明確的正面或反面。這種“旋轉時同時存在正反狀態”的現象叫“量子疊加”，觀測後的“固定”則是“量子坍縮”。如果多枚這樣的“量子硬幣”同時旋轉，它們還會產生神祕的“超距關聯”——一個量子的狀態改變，其他量子會瞬時同步變化，這就是“量子糾纏”。

量子疊加、坍縮與糾纏態下的“硬幣隱喻”

02什麼是量子計算？

傳統計算機的“0”和“1”像開關，只能非此即彼、串行運算；而量子計算機的“量子比特”，就像旋轉的硬幣，能靠疊加態實現“並行運算”。相當於無數臺傳統計算機同時運行。

這些特性讓量子計算機特別擅長解決超級複雜的問題：比如破解一個超級複雜的密碼，傳統計算機可能要算幾百年，而量子計算機只需要幾小時就能搞定，像有無數雙手同時幹活，效率與傳統計算機相比天差地別。

量子計算機形態和應用場景

03量子計算發展概況及當前系統面臨的“三座大山”

量子計算的起點源於1982年物理學家費曼的構想 ——“用量子本身計算傳統計算機解決不了的量子問題”，這一想法成爲了量子計算的“萌芽種子”。此後關鍵節點逐步推進：1985年大衛・多伊奇提出量子圖靈機模型，奠定理論基礎；1994 年彼得・秀爾發現Shor 算法，證明量子計算機可破解銀行 RSA 加密系統，使其實際價值被全球重視；2022—2025 年，諾貝爾物理學獎先後表彰“糾纏光子實驗”“電路宏觀量子隧穿”等研究，標誌技術持續突破。

隨着理論研究的持續推進，量子計算已形成超導、光量子、中性原子、離子阱四大主流技術路線，但它們就像四個“平行世界”——超導要“極低溫”，光量子怕“損耗”，中性原子靠“激光”，離子阱求“精度”。不同路線在硬件環境要求與核心控制方式上存在巨大差異，技術兼容性極低。

與此同時，當前量子計算整體仍處於“原始階段”：設備形態仍停留在實驗室裝置範疇，量子比特錯誤率高達1%（傳統計算機錯誤率近乎爲0），操作調試需量子物理學家、電子工程師與軟件專家協同配合才能完成；更關鍵的是，各技術路線的開發“語言”完全不兼容，開發者往往要爲同一功能適配不同技術體系，成本極高。不僅如此，從系統設計層面看，各廠商還普遍將硬件與軟件深度耦合，形成了一個個封閉的 “技術孤島”。這種 “技術路線分裂 + 硬件形態粗糙 + 軟硬件深度耦合”的現狀，最終催生了當前量子計算系統的“三座大山”。

硬件兼容性差，開發者像在迷宮裏找路：不同廠商量子芯片的控制語言和接口都截然不同，就像是不同國家的插座標準，互不兼容。開發者要想寫一個量子程序，必須爲每種不同的“量子插座”準備一個特定的“轉換插頭”，花費大量精力去進行研究和適應，效率極低。

資源浪費嚴重，重複造輪子成常態：由於不同設備之間的差異，每個廠商都要從頭開發底層驅動，同時根據不同的技術路線和設備選擇不同的錯誤抑制算法，就像早期PC廠商各自開發顯卡驅動一樣。據統計，量子實驗室平均要花70%的時間在硬件適配而非算法創新上。

計算穩定性弱，結果不可靠：量子比特極其脆弱，溫度變化、電磁干擾都會導致計算錯誤。當前量子計算系統缺乏統一的錯誤管理機制，開發者只能自己寫代碼“打補丁”，結果就像給漏水的屋頂蓋塑料布一樣治標不治本。

這三大痛點直接導致量子計算系統陷入“硬件壁壘高、研發效率低、結果不可靠”的僵局——而量子操作系統，正是打破這一僵局的“關鍵橋樑”，它能像統籌各方的“大管家”一樣，統一協調硬件與軟件，解決上述三大難題。

當前量子計算系統的困境

04爲什麼需要量子操作系統？

首先，讓我們看看量子計算的完整系統長什麼樣子：

量子計算四層體系

它就像一個四層蛋糕，包括應用層、操作系統層、測控層和硬件層。應用層就是我們使用的量子應用，藥物研發、金融優化、人工智能……這些都是比較典型的應用場景，操作系統層是體系中的核心層，也是我們接下來要介紹的“大管家”量子操作系統，測控層就像一個“遙控器”一樣，負責指揮硬件幹活，而硬件層就是我們的量子硬件，是真正幹活的“量子芯片”。

想想我們的電腦：不管是聯想還是戴爾的硬件，裝上通用操作系統（如Windows或Linux）就能用。這個系統就像個大管家，幫我們管理CPU、內存等硬件，並讓軟件能順暢運行。而量子操作系統的厲害之處也是如此，它能夠統籌各方，統一協調硬件與軟件，解決之前所述的三大難題。開發者不用管硬件差異，專心研究怎麼用量子計算機解決問題，而硬件廠家可以專心提升量子計算機的性能，不用操心軟硬件適配的問題。

05中國移動量子計算操作系統

早在 2019 年，中國移動便啓動量子計算領域佈局。經過五年深耕研發，已搭建從基礎軟件到算力平臺的完整生態體系。其中，中國移動的量子計算操作系統（QCOS）誕生於2023年，經過近3年的研發，如今已能讓量子計算機像普通電腦一樣聽話、好用。這一系統解決了三大難題：讓程序適配不同硬件、高效管理計算任務，還能支持多人共享。未來，QCOS還會繼續升級，目標是讓量子計算技術真正走進我們的生活。

2023年：夯實基礎功能，解決“溝通”問題

它能把複雜的量子程序翻譯成不同硬件能理解的“語言”，還能支持遠程操作，就像通過雲端窗口控制量子計算機。當年年底，系統新增了自動優化功能，可以給程序“瘦身”，讓計算速度更快、更穩定。