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气象预测量子计算拓展应用新赛道
文章字数：2309
气象预测，是人类与大自然的对话，和每个人的生活息息相关。
近年来，全球极端天气事件频发，气候系统复杂性加剧。提升预报准确率和提前量，是人类应对气候变化挑战的重要一环，更是防灾减灾的第一道防线。
安徽部分地区去年冬季以来遭遇罕见的连续旱情，对提升气象预测精准度，有着更直接的感受、更迫切的期待。
因预测机理演进、海量数据处理以及对运算能力的需求几何级跃升，气象预测已经触达传统经典计算机的能力天花板。这正好为量子计算提供了应用场景。国务院发布的《气象高质量发展纲要（2022—2035年）》，明确要求加强量子计算与气象深度融合应用。
安徽在量子研究领域具有先发优势，正积极探索将量子计算应用于气象预测，以最大程度实现气象灾害的尽早、精准预报，从而造福社会。
显著提高天气预报精准度
2024年5月，就读于合肥工业大学的李兆威，幸运地得到了进入中电信量子集团实习的机会。在此之前，他和身边大多数人一样，只在电影和新闻中听说过“量子”。他参与的第一个项目，是与量子计算研究员、博士后王升斌一起研究量子天气预报。
“量子气象预测分为数值模拟和机器学习建模两个方面。最初我从机器学习入手，之后根据气象局的需求设定一套算法。此前我没使用过量子计算机，只用过模拟器。真实体验过后，感受到量子机器学习的收敛速度非常快。”
收敛速度是衡量算法性能的重要指标。收敛速度快，表明模型性能非常优越。在机器学习中，经典计算可能需要训练40次才能收敛，而量子机器学习训练20次就能收敛。
李兆威所在的研究小组，将省气象局提供的往期数据，使用量子计算重新建模，生成的预测与实景比对，结果显示量子计算可以显著提高天气预报的准确性。
“当时我们小组有十来个人，包括研究员、工业应用工程师等，主要负责后台的技术开发，有时还会研究一些其他使用到量子计算的项目。我觉得量子气象这个方向很有意思，未来希望有机会能深入这个细分应用领域。”
近几年，量子计算的热度不断上升，每当某个领域的经典计算遇到瓶颈时，大家首先会想能否用量子计算突破，因此有不少客户主动找到“国家队”中电信量子集团开展研究、合作。
作为我国量子科技的重镇，我省明确提出，加快培育发展量子科技等未来产业，全面推进量子科技和产业中心建设，启动量子计算研发平台等建设，力争量子科技领域企业突破100家、专业人才达3000人。
强大算力支撑尽早预报
“人类具有经典物理属性，量子世界则遵从量子力学规律。经典物理属性的人类，无法直接操纵量子属性的信息。”王升斌告诉记者，人类需要使用经典计算机控制量子计算机，例如通过“天衍”量子计算云平台，“将使用Cqlib编程框架编写的量子算法，发送到‘天衍’系列真实量子计算机上，量子计算机运行完成后返回测量结果。”
王升斌2018年通过云平台第一次接触量子计算机。“当时我还在读博士，计划毕业后去高校任教，没考虑过从事量子方面工作，觉得离我非常遥远。2019年，我在合肥第一次见到了真实的量子计算机，直接在量子计算机旁边的经典计算机上操作，速度真的非常快。”
从事博士后研究期间，王升斌感觉到量子科技越来越火，量子算力实现了巨大跨越，全世界都在关注和投入，“意识到这是个非常有前景的领域，如果在中国选择一个适合做量子相关工作的城市，那一定是合肥。正巧中电信量子集团招聘，我想机会非常难得，不来就可惜了。”
知名量子计算技术公司SEEQC的总裁约翰·李维曾表示，气候挑战是当今世界面对的最大挑战之一，而量子计算在应对气候挑战上具有广泛应用的前景。
传统天气预报主要依靠数值计算。随着时空分辨率需求急速提升，以及气象模型复杂度指数级增长，经典计算机的算力瓶颈日益凸显。说白了，就是传统计算机有点“算不过来”，而量子计算机以“地表最强”处理能力和专门针对复杂问题的设计，当选挑战这一艰巨任务的“天选之子”。当前，很多国家都在关注量子科技与气象应用的结合。
世界上第一份天气预报就是大气运动方程的积分求解。随着技术快速进步，未来数年到十几年，量子计算有望实现方程求解的指数级加速。形象地说，如果原本需要1万天，加速后只需要4天。算得更快就能尽早预报气象灾害，对生活生产至关重要。今年“世界气象日”的主题，正是“携手缩小早期预警差距”。
气象量子融合应用的更多可能
近年来，我国天气预报准确性屡创新高，气象预报能力在国际上处于领先位置。2024年，我省的暴雨预警信号准确率达到了89%。
与此同时，量子计算技术正逐步走向行业应用：2023年，我省牵头编制全国气象量子应用工作方案（2024—2030年），“量子+气象”成为一项国家级任务。同年10月，合肥气象量子技术创新研究中心揭牌。该中心力争到2035年，在“气象+量子计算”领域达到国际领先水平。
在短时临近天气预报方面，诞生于我省的“天衍”量子计算云平台—气象预测解决方案，对原有的SmaAt-UNet模型（一种用于降水短临预报的高效卷积神经网络）进行了量子化改造，在回归指标、召回指标等预测精度指标上都体现出优势。这一初步探索，验证了量子计算在气象预测领域的巨大潜力。预计2025年底前，“天衍”将接入目前全国最高水准的“祖冲之三号”同款超导量子计算机，为量子计算在气象预测领域的应用带来更多可能。
过去70年间，天气预报积攒了大量真实数据，这些数据“投喂”出不少表现优秀的气象大模型。使用量子计算机，可以模拟更复杂的气候系统和更长时间尺度的气候变化，还有可能识别出更多规律，改进已有的大模型。
2025年是联合国教科文组织确定的“国际量子科学与技术年”。有专家指出，量子技术为超越经典计算极限、颠覆现有技术、重构气象预测模型架构等提供了全新可能，正在催生气象预测领域的范式革命。
安徽在这一领域的先行探索，令人有信心期待：量子天气预报广泛造福人类的未来已经不远了。
（安徽日报报业集团全媒体记者 宣岚）
近年来，全球极端天气事件频发，气候系统复杂性加剧。提升预报准确率和提前量，是人类应对气候变化挑战的重要一环，更是防灾减灾的第一道防线。
安徽部分地区去年冬季以来遭遇罕见的连续旱情，对提升气象预测精准度，有着更直接的感受、更迫切的期待。
因预测机理演进、海量数据处理以及对运算能力的需求几何级跃升，气象预测已经触达传统经典计算机的能力天花板。这正好为量子计算提供了应用场景。国务院发布的《气象高质量发展纲要（2022—2035年）》，明确要求加强量子计算与气象深度融合应用。
安徽在量子研究领域具有先发优势，正积极探索将量子计算应用于气象预测，以最大程度实现气象灾害的尽早、精准预报，从而造福社会。
显著提高天气预报精准度
2024年5月，就读于合肥工业大学的李兆威，幸运地得到了进入中电信量子集团实习的机会。在此之前，他和身边大多数人一样，只在电影和新闻中听说过“量子”。他参与的第一个项目，是与量子计算研究员、博士后王升斌一起研究量子天气预报。
“量子气象预测分为数值模拟和机器学习建模两个方面。最初我从机器学习入手，之后根据气象局的需求设定一套算法。此前我没使用过量子计算机，只用过模拟器。真实体验过后，感受到量子机器学习的收敛速度非常快。”
收敛速度是衡量算法性能的重要指标。收敛速度快，表明模型性能非常优越。在机器学习中，经典计算可能需要训练40次才能收敛，而量子机器学习训练20次就能收敛。
李兆威所在的研究小组，将省气象局提供的往期数据，使用量子计算重新建模，生成的预测与实景比对，结果显示量子计算可以显著提高天气预报的准确性。
“当时我们小组有十来个人，包括研究员、工业应用工程师等，主要负责后台的技术开发，有时还会研究一些其他使用到量子计算的项目。我觉得量子气象这个方向很有意思，未来希望有机会能深入这个细分应用领域。”
近几年，量子计算的热度不断上升，每当某个领域的经典计算遇到瓶颈时，大家首先会想能否用量子计算突破，因此有不少客户主动找到“国家队”中电信量子集团开展研究、合作。
作为我国量子科技的重镇，我省明确提出，加快培育发展量子科技等未来产业，全面推进量子科技和产业中心建设，启动量子计算研发平台等建设，力争量子科技领域企业突破100家、专业人才达3000人。
强大算力支撑尽早预报
“人类具有经典物理属性，量子世界则遵从量子力学规律。经典物理属性的人类，无法直接操纵量子属性的信息。”王升斌告诉记者，人类需要使用经典计算机控制量子计算机，例如通过“天衍”量子计算云平台，“将使用Cqlib编程框架编写的量子算法，发送到‘天衍’系列真实量子计算机上，量子计算机运行完成后返回测量结果。”
王升斌2018年通过云平台第一次接触量子计算机。“当时我还在读博士，计划毕业后去高校任教，没考虑过从事量子方面工作，觉得离我非常遥远。2019年，我在合肥第一次见到了真实的量子计算机，直接在量子计算机旁边的经典计算机上操作，速度真的非常快。”
从事博士后研究期间，王升斌感觉到量子科技越来越火，量子算力实现了巨大跨越，全世界都在关注和投入，“意识到这是个非常有前景的领域，如果在中国选择一个适合做量子相关工作的城市，那一定是合肥。正巧中电信量子集团招聘，我想机会非常难得，不来就可惜了。”
知名量子计算技术公司SEEQC的总裁约翰·李维曾表示，气候挑战是当今世界面对的最大挑战之一，而量子计算在应对气候挑战上具有广泛应用的前景。
传统天气预报主要依靠数值计算。随着时空分辨率需求急速提升，以及气象模型复杂度指数级增长，经典计算机的算力瓶颈日益凸显。说白了，就是传统计算机有点“算不过来”，而量子计算机以“地表最强”处理能力和专门针对复杂问题的设计，当选挑战这一艰巨任务的“天选之子”。当前，很多国家都在关注量子科技与气象应用的结合。
世界上第一份天气预报就是大气运动方程的积分求解。随着技术快速进步，未来数年到十几年，量子计算有望实现方程求解的指数级加速。形象地说，如果原本需要1万天，加速后只需要4天。算得更快就能尽早预报气象灾害，对生活生产至关重要。今年“世界气象日”的主题，正是“携手缩小早期预警差距”。
气象量子融合应用的更多可能
近年来，我国天气预报准确性屡创新高，气象预报能力在国际上处于领先位置。2024年，我省的暴雨预警信号准确率达到了89%。
与此同时，量子计算技术正逐步走向行业应用：2023年，我省牵头编制全国气象量子应用工作方案（2024—2030年），“量子+气象”成为一项国家级任务。同年10月，合肥气象量子技术创新研究中心揭牌。该中心力争到2035年，在“气象+量子计算”领域达到国际领先水平。
在短时临近天气预报方面，诞生于我省的“天衍”量子计算云平台—气象预测解决方案，对原有的SmaAt-UNet模型（一种用于降水短临预报的高效卷积神经网络）进行了量子化改造，在回归指标、召回指标等预测精度指标上都体现出优势。这一初步探索，验证了量子计算在气象预测领域的巨大潜力。预计2025年底前，“天衍”将接入目前全国最高水准的“祖冲之三号”同款超导量子计算机，为量子计算在气象预测领域的应用带来更多可能。
过去70年间，天气预报积攒了大量真实数据，这些数据“投喂”出不少表现优秀的气象大模型。使用量子计算机，可以模拟更复杂的气候系统和更长时间尺度的气候变化，还有可能识别出更多规律，改进已有的大模型。
2025年是联合国教科文组织确定的“国际量子科学与技术年”。有专家指出，量子技术为超越经典计算极限、颠覆现有技术、重构气象预测模型架构等提供了全新可能，正在催生气象预测领域的范式革命。
安徽在这一领域的先行探索，令人有信心期待：量子天气预报广泛造福人类的未来已经不远了。
（安徽日报报业集团全媒体记者 宣岚）