量子计算云平台接口研究报告 （2024）

量子信息网络产业联盟2025年3月 声明 本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据观点、建议等，均不构成投资或法律建议，也不应替代律师意见本报告所有材料或内容的知识产权归量子信息网络产业联盟所有(注明是引自其他方的内容除外)，并受法律保护。如需转载需联系本联盟并获得授权许可。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字、图表或者观点的，应注明“来源：量子信息网络产业联盟”。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责任。 量子信息网络产业联盟联系电话：010-62300592邮箱：qiia@caict.ac.cn 编制说明 量子计算是一种基于量子力学原理的新型计算模式，具备远超经典计算的强大并行计算能力，被视为先进计算领域突破传统限制的重要候选方案之一。 量子计算与云服务的结合，利用经典信息网络提供量子计算硬件或算力模拟，已成为量子算力输出的主要途径。当前国内外量子计算云平台的服务能力存在较大差异，提供的功能接口也各不相同。传统云服务商逐渐开始提供Q-PaaS服务，即在同一平台上提供多个供应商的量子硬件访问能力，这对云平台软硬件间的互通性和互操作性提出了新的要求。量子计算当前主要作为经典计算的加速器，也对量子计算云平台的功能架构和接口设计提出了新的要求。 本报告旨在研究量子计算云平台对外提供的API接口，基于国内外量子计算云平台的发展现状，探讨并提出通用接口模型，以加速国内量子计算云平台的发展。 编制单位：中国信息通信研究院、华为技术有限公司、国开启科量子技术（北京）有限公司、北京中科弧光量子软件技术有限公司、中国科学技术大学、济南量子技术研究院、建信金融科技有限责任公司、上海图灵智算量子科技有限公司、正则量子(北京)技术有限公司 编写组成员：王敬、赵海英、周旭、应圣钢、梁福田、王超凡、高振涛、杨林、黄蕾蕾 前言 量子计算通过利用量子态的纠缠和叠加等特性，提供一种全新的计算范式，有望在特定困难问题求解过程中实现指数级加速，是后摩尔时代先进计算有力候选方案之一。然而，量子计算机的运行依赖于低温、高真空和电磁屏蔽等苛刻条件，这使得其操作复杂性和运维成本高大大增加，无法满足个人用户本地部署的要求。因而云平台成为了量子计算科普教育、算法开发以及应用创新的“试验床”。用户依托经典的信息网络基础设施，访问云端的量子计算处理器。用户编写的量子线路或程序通过网络提交给云端的经典服务器进行编译和下发，在真实的量子处理器硬件或量子线路模拟器上运行，最终将运行结果反馈给用户，实现运算的闭环操作。目前，国内外许多研究机构和企业已陆续发布了自己的量子计算云平台，推动量子计算产业落地和生态建设已成为业界共识。 本报告通过对国内外典型量子计算云平台的深入调研与分析，并结合当前全球量子计算云平台的发展现状及其未来的应用推广需求，提出了一种可供参考的、面向用户公开API功能接口的通用模型。这一模型旨在促进量子计算云平台的需求推广以及相关标准的研究工作。 目录 一、国内外量子计算云平台发展现状....................................................1 （一）概述.........................................................................................1（二）国内量子计算云平台概要....................................................4（三）国外量子计算云平台概要....................................................9（四）总结.......................................................................................12 二、业界量子计算云平台接口研究......................................................13 （一）IBM Quantum量子计算云平台..........................................13（二）亚马逊AWS Braket量子计算云平台...............................14（三）微软Azure Quantum量子计算云平台...............................15（四）移动云量子计算云平台......................................................16（五）夸父量子计算云平台..........................................................17（六）HiQ量子计算云平台...........................................................17（七）天衍量子计算云平台..........................................................18（八）国盾量子计算云平台..........................................................19（九）本源量子计算云平台..........................................................20（十）弧光量子云平台..................................................................21（十一）总结...................................................................................22 三、量子计算云平台接口模型研究......................................................23 （一）量子计算云平台接口功能模型..........................................23（二）量子云平台接口的分级......................................................28 四、总结展望...........................................................................................30 图目录 图1：量子计算云平台通用接口模型...................................................24 表目录 表1国外部分代表性量子计算云平台概况............................................2表2国内部分代表性量子计算云平台概况............................................2表3 IBM Quantum量子计算云平台接口功能......................................13表4 AWS Braket Quantum量子计算云平台接口功能.........................14表5 Azure Quantum量子计算云平台接口功能....................................15表6移动量子计算云平台接口功能......................................................16表7夸父量子计算云平台接口功能......................................................17表8 HiQ量子计算云平台接口功能.......................................................18表9天衍量子计算云平台接口功能......................................................19表10国盾量子计算云平台接口功能....................................................19表11本源量子计算云平台接口功能....................................................20表12弧光量子计算云平台接口功能....................................................21表13国外部分代表性量子计算云平台接口总览................................22表14量子计算云平台接口功能建议....................................................24 一、国内外量子计算云平台发展现状 （一）概述 量子计算云平台旨在将量子计算技术与传统云计算服务相结合，提供以量子计算为核心的服务。用户能够将编译好的量子程序发送至远程量子服务器，在云端完成量子编译、计算等流程，并将计算结果传回本地。 作为连接量子计算机与用户端的桥梁，量子计算云平台不仅为用户提供远程访问量子真机或量子模拟器的便捷服务，还提高了量子计算硬件平台的利用率，有效解决了量子计算硬件成本高昂、难以量产的问题，使更多用户有机会体验、学习和探索量子计算。 目前，量子计算云平台处于初级发展阶段，国内外科技巨头纷纷布局量子云平台服务。根据服务模式的不同，现阶段提供量子云服务的供应商大致可分为两类：一类供应商能够提供软硬件全栈式服务，通过在云平台后端接入自研的量子计算机或模拟器完成计算服务。代表企业包括IBM、Google、Rigetti和本源等。另一类供应商无自研量子硬件平台，专注于量子云服务，通过搭建量子云平台并接入第三方的量子硬件平台（如超导、离子阱量、中性原子等）为用户提供计算服务。代表企业包括Amazon等。 现阶段的量子计算云平台正处于架构探索和不断迭代的早期阶段，其发展具备以下两个特点： 多元开放：量子计算云平台的后端接入呈现量子模拟器与多类量子计算硬件平台并存发展的态势。量子计算模拟器的研发使用可以有效应对当前量子硬件不成熟、不完备的局面，促进量子计算的快速发展。 协同合作：专注于打造云平台服务的供应商（如Amazon等）的出现，推动了协同合作的商业模式在量子计算领域的应用，为用户选择不同的量子硬件服务提供了便利，有助于量子计算云平台生态系统的建设和发展。 近年来，行业内在量子计算云平台领域的竞争日益激烈，国内外科技巨头和初创企业纷纷加大投入，表1和表2展示了当前国内外部分代表性量子计算云平台的概况。 在国外，IBM、谷歌、微软等科技巨头凭借长期的技术积累和巨额资金投入，在行业内暂时处于领先地位。这些公司在量子计算领域拥有深厚的技术底蕴，能够提供高性能的量子计算服务。与此同时，Xanadu新兴企业也在积极布局，推出了各自的量子计算云平台产品，展现出强劲的发展势头。 在国内，中科院物理所、北京量子院等科研机构以及华为、本源等企业，在量子计算云平台的建设上也取得了显著进展。尽管起步较晚，但这些机构和企业通过不断的技术创新和研发投入，逐步缩小了与国际领先水平的差距。然而，国内量子计算云平台在硬件性能和用户生态构建方面仍存在一定差距。在硬件方面，云平台可访问的量子比特数、校准和操作精度、可配置性、处理相同任务所需时间等方面，国内平台与国际先进平台相比仍有较大提升空间。 在用户生态构建方面，国外量子计算云平台的用户数量和活跃度较高，初步形成了较为成熟的商业模式。相比之下，国内的用户生态