本源司南是一种面向量子计算实用化发展需求的量子操作系统，可提供量子任务调度、量子资源管理、量子程序编译、量子比特自动化校准等服务，统一、高效地管理量子计算资源，从而实现量子处理器的高效利用以及量子计算机与经典计算平台的有效协作。

成果名称：“本源司南”量子操作系统

成果单位：合肥本源量子计算科技有限责任公司

本源司南是一种面向量子计算实用化发展需求的量子操作系统，可提供量子任务调度、量子资源管理、量子程序编译、量子比特自动化校准等服务，统一、高效地管理量子计算资源，从而实现量子处理器的高效利用以及量子计算机与经典计算平台的有效协作。在测试4种代表性的量子线路（QFT,GHZ,DJ,BV）实验中相较于BMT算法的映射效果，经过本源司南映射后线路的保真度至少提高10%；在运行GHZ量子线路实验中，本源司南提供的单量子处理器并行计算与多量子处理器负载均衡计算能力使量子处理器的运行效率至少提高120%。综上可以看出，本源司南能协同调度量子处理器（QPU）、经典计算机等计算资源，为量子计算的广泛使用提供有效的资源管理。

本源司南的工作流程具体如下：

1.用户通过QRunes语言编写量子-经典混合的量子应用，量子编译器通过词法、语法、语义分析识别量子应用的经典程序部分和量子程序部分，并对量子程序部分进行转译、量子逻辑门转化、量子程序优化等操作，然后将量子应用编译为量子-经典混合的可执行程序，并把它提交到本源司南服务端。如果量子应用有调用高性能经典计算集群的需求，用户在编写量子-经典混合程序时也可使用经典计算的分布式计算框架编写经典程序。

2.本源司南服务端接收到用户提交的量子-经典混合的可执行程序后，运行该程序，它的经典计算部分可在服务端上位机中运行，如果用户基于分布式计算框架编写了量子-经典混合程序，则在执行经典计算部分时，本源司南会通过作业调度系统把经典计算任务发送给高性能经典计算集群。

3. 量子-经典混合的可执行程序中的量子程序部分会通过任务的形式把量子程序对应的OriginIR（量子程序中间表示）提交给量子任务调度服务，量子任务调度服务根据当前系统现有的量子任务优先级进行排序，并选取优先级最高且满足量子资源要求的多个量子任务合并成一个量子事务。该量子事务会被提交给量子程序编译服务进行量子比特映射，用于适配量子处理器的拓扑结构，然后经过低阶编译适配目标量子计算机的指令集，最后产生量子可执行程序和脉冲波形。在经过以上一系列操作后，量子事务会被本源司南发送给量子计算设备并等待计算的返回结果。量子事务在被执行之前将会与一个量子线程绑定，该量子线程指定为一个固定的量子处理器提交量子事务，该量子线程会记录量子事务的编号、目标量子处理器编号、量子事务包含的多个量子任务编号、量子事务编译成的量子可执行程序、量子事务占用的量子比特编号。量子事务的计算结果返回时，可通过量子线程回溯到对应的量子任务，并把量子任务的计算结果返回给对应的量子-经典混合的可执行程序。

在运行量子任务的同时，本源司南也会通过自动化校准服务监控并校准量子资源的状态，自动化校准程序会定时检测量子资源中量子比特的状态，如果量子比特状态不满足计算需求，自动化校准服务会通知量子资源管理服务把对应的量子比特设置为待校准状态，并会向量子任务调度服务发送校准任务，本源司南会把校准任务设置为最高优先级，并与其他量子计算任务一起合并为量子事务发送给量子设备执行。