面向大规模量子计算需求，中国自主量子计算编程框架QPanda升级，编译速度较国外提升高达320倍

和传统计算机类似

量子计算需软硬件紧密协同

若缺乏相应的软件支持

人们将无法有效地利用这些硬件资源
来执行量子计算任务

为充分发挥量子计算潜力

本源量子自主开发出

QPanda量子计算编程框架

来协助设计、优化、运行和理解量子程序

近日，本源量子升级推出

第三代中国自主量子计算编程框架
QPanda3

根据相关测试结果

QPanda3在量子线路编译方面的性能

显著优于美国Qiskit 1.3.0

在处理大规模量子线路时

表现尤为突出

特定情况下，其编译速度提升高达320倍

QPanda3（Quantum Programming Architecture for NISQ Device Application v3）是一个开源的量子计算编程框架，旨在为开发者提供高效、简洁的量子编程工具，推动量子应用的产业化发展。

QPanda3基于C++开发，同时提供了Python接口，开发者在享受C++高性能的同时，可以使用Python编写量子程序，让更多开发者能够轻松上手量子计算开发。

该框架是本源量子全栈式量子计算编程生态工具链的重要组成部分。工具链涵盖了量子编程框架、量子基础算法、量子机器学习、量子编程语言和量子计算集成开发环境等多个核心组件，拥有直观的编程接口、高效的模拟环境以及广泛的硬件兼容性。它能够为生物制药、量子人工智能、量子金融等众多前沿领域提供强有力的技术支持，助力相关产业借助量子计算的力量实现创新发展。

性能对比

下图展示了QPanda3和Qiskit 1.3.0在Benchpress(https://github.com/OriginQ/BenchPress)上进行量子线路编译的性能对比结果，QPanda3的编译过程比Qiskit 1.3.0平均快约3.4倍。

上图横轴表示QPanda3的运行时间（以秒为单位），纵轴表示Qiskit 1.3.0的运行时间。不同颜色的区域表示不同的加速范围（例如1-5倍加速、5-20倍加速等）。数据点的颜色深浅表示量子比特的数量。左上角的“改进”区域和右下角的“回归”区域分别表示性能改进和性能下降的区域，而虚线表示运行时间相等。总体而言，QPanda3在大多数情况下优于Qiskit 1.3.0。

根据Benchpress的测试结果，QPanda3在量子线路编译方面的性能显著优于 Qiskit 1.3.0。QPanda3的编译速度在不同情况下提升了1到320倍，尤其是在处理大规模量子线路时，表现尤为突出。

①1-5倍加速：QPanda3在大多数情况下提供了中等程度的性能提升。

②5-20倍加速：在某些特定情况下，QPanda3的性能提升显著。

③20-80倍加速：在部分测试中，QPanda3表现出极大的性能优势。

④80-320倍加速：在极少数情况下，QPanda3的性能提升达到了惊人的320倍。

QPanda3的主要特点

1. 多元模拟

QPanda3支持所有类型的量子逻辑门，包括单量子比特门、双量子比特门、控制门和Oracle门。此外，它还配备多种量子模拟器，如稳定子模拟器、部分振幅模拟器、全振幅模拟器、噪声模拟器、密度矩阵模拟器和GPU模拟器，提供统一的执行框架，满足多种模拟需求。

2. 高效编译

相较于Qiskit 1.3.0，QPanda3在量子线路编译、构造速度上分别提升了3.4倍、3.7倍（均为平均数）。基于QPanda2的底层模拟计算技术，QPanda3能够高效地模拟量子线路，加速算法开发进程。

3. 简洁易用

QPanda3的Python API设计以简洁和直观为核心，旨在为开发者提供高效且易于理解的编程体验。无论是量子计算领域的初学者，还是经验丰富的开发者，都可以快速上手并充分利用QPanda3的强大功能。开发者无需具备C++知识，仅通过Python即可轻松构建和运行复杂的量子程序，提升开发效率。

4. 便捷开发

QPanda3支持量子线路的性能分析，帮助开发者优化量子程序和算法。此外，它还支持参数化量子逻辑门，简化大规模变分量子线路的构建与更新流程，加速算法迭代速度。

QPanda3 v0.1.0的更新亮点

1. 量子逻辑门优化升级

QPanda3优化了量子逻辑门的存储和空间占用，减少了内存使用，特别是在构建大规模量子线路时，内存占用减少了70%以上。此外，QPanda3简化了量子逻辑门的构建和初始化过程，开发者无需预先申请比特即可直接构建量子门。

2. 量子线路与程序进阶

QPanda3优化了量子程序的底层数据结构，使用顺序容器替代了链表存储，提升了内存访问效率和遍历性能。此外，QPanda3提供了更丰富的成员函数接口，方便开发者获取量子线路的详细信息。

3. 量子模拟器简化

QPanda3简化了量子模拟器的初始化过程，去除了显式的`init`配置，并优化了噪声模型的配置和使用。开发者可以更轻松地配置噪声模型，并运行全振幅、部分振幅、密度矩阵等不同类型的模拟器。

4. 支持变分量子线路

QPanda3 引入了`VQCircuit`类，支持变分量子线路的构建。开发者可以使用多维数组批量生成量子线路，并计算哈密顿量或Pauli算符的期望值。此外，QPanda3还支持层机制，方便构建由多个相同结构的子线路串联而成的量子线路。

5.支持一体化量子线路编译

QPanda3引入了‘transpile’类，用于一站式解决用户线路编译至特定物理结构需求，且通过底层结构及相关流程设计，满足未来大规模芯片的高性能编译需求。

如何获取QPanda3

QPanda3可以通过pip安装，支持Python 3.9到3.12版本。安装命令如下：pip install pyqpanda3

QPanda3在线文档：

https://qcloud.originqc.com.cn/document/qpanda-3/index.html