近日，由国防科技大学、北京邮电大学、陆军工程大学、北京玻色量子科技股份有限公司联合开展的科研攻关项目，在专用量子计算赋能地球科学领域取得重大突破。相关研究成果以封面文章形式发表于物理1区权威期刊《中国科学：物理学力学天文学》。该成果首次将专用量子计算机应用于二维准地转模型资料同化，为高分辨率气象预测与海洋环境模拟突破传统计算瓶颈开辟了全新路径。

　　《中国科学：物理学力学天文学》期刊由中国科学院主管、中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办，是国内物理学领域权威综合性学术期刊，被科学引文索引（SCI）、工程索引（EI）、天体物理数据系统（ADS）等国际权威数据库收录，2022年影响因子6.4，位列中国科学院期刊分区表物理大类1区前列。本次成果的发表，标志着高校科研团队在专用量子计算规模化应用及地球系统数值预报交叉融合领域取得重要标志性进展。

　　玻色量子创始人兼首席运营官马寅介绍，资料同化技术是提升地球系统模拟和数值预报精度的关键。随着卫星、雷达等观测数据爆炸式增长，传统同化方法面临高维连续非凸优化难题，计算耗时占到气象预报总资源的10%–25%，已成为高精度、实时环境预报的突出瓶颈。此前探索的超导量子退火方案依赖极低温运行环境，且硬件利用效率受限，难以扩展至高维度、大规模气象与海洋环境系统模型。业界亟待一种可实时、可扩展、高精度的全新路径。

　　本次研究中，北京邮电大学物理科学与技术学院博士贾宇宣、国防科技大学前沿交叉学科学院教授钟玮担任共同第一作者，钟玮与北京邮电大学教授王铁军担任共同通讯作者。研究团队提出量子启发式资料同化框架，采用可室温运行的专用量子计算机，依托量子光学压缩效应与并行搜索能力，将经典同化核心变分代价函数重构为二次无约束二元优化问题，并映射至光学伊辛哈密顿量，成功构建适用于大规模组合优化的量子启发同化模型。

　　马寅解释，针对当前专用量子计算硬件比特规模限制，团队创新性地采用重叠区域分解策略，将全局网格划分为6个子区域，在突破硬件规模约束的同时，通过边界信息交互保证了大规模求解的精度稳定性，并完成了512维二维准地转模型的完整实验验证。

　　数值模拟与真机实验结果显示：经过120轮同化循环，量子资料同化方法在流函数和涡度场上的均方根误差优于经典三维变分同化方法，整体精度相当甚至更优。在千比特专用量子计算机硬件真机测试中，量子资料同化单次同化耗时仅25.31毫秒，而经典变分同化耗时266.4毫秒，量子方案耗时仅为传统方法的9.5%，实现10.5倍计算加速。同时，该方法计算时间几乎不随观测点数量增加而上升，具备良好的海量卫星、雷达观测数据实时接入能力。

使用专用量子计算机求解子区域哈密顿量问题时的哈密顿量演变

　　该研究不仅实证了专用量子计算在环境预报领域的实用价值，也为复杂地球系统建模开辟了全新的计算技术路线。马寅表示，未来，北京玻色量子科技股份有限公司将继续围绕“量子计算+”方向，联合高校与科研机构，推动量子计算在地球科学、电力能源、人工智能等复杂系统中的应用探索，加速量子计算从科研验证走向工程化应用与产业化落地。