目前量子計算硬體競爭十分激烈，IBM、谷歌、霍尼韋爾等大公司你追我趕，但是從計算機發展歷程來看，最大贏家往往不是硬體製造商，而是作業系統開發商，可謂“得作業系統者得天下”。

上世紀60年代之前，計算機廠商要針對每臺計算機量身定做作業系統，導致所有機型完全不相容，IBM打破了這一局面。

1964年，IBM推出了劃時代的System/360讓單一作業系統適用於整系列的計算機。從此，IBM在計算機市場一家獨大。

到了PC時代，IBM選擇了比爾·蓋茨提供的MS-DOS系統（Windows前身），其他開發商還在試圖向終端使用者銷售作業系統，微軟就已經與IBM PC進行捆綁銷售，之後IBM相容機風靡全球，微軟佔領了90%以上的市場。

移動時代，蘋果成為世界上利潤最高的手機廠商，最大的競爭優勢就是iOS作業系統。

量子計算機雖然已不是經典機器，但作業系統仍不可或缺，硬體效能非常接近時，作業系統決定了量子計算機的實用程度。

50億美元的豪賭

第一臺電子計算機ENIAC誕生於1946年，計算機工作採用手工操作方式，當時還沒有作業系統的概念。

在這個時期，同一個小組裡的工程師們，設計、建造、程式設計、操作及維護同一臺機器，所有的程式設計是用純粹的機器語言編寫的，需要透過成千上萬根電纜接到外掛板上連成電路來控制機器的基本功能。沒有程式設計語言（彙編也沒有），作業系統則是聞所未聞。

通常的操作模式是程式設計師在牆上的預約表上預約一段時間，然後來到機房，將自己的外掛板插入計算機，並在接下來的幾個小時裡希望大約20000個真空管不會在執行過程中燒壞。

20世紀50年代初，出現了穿孔卡片或紙帶，可以將程式寫在卡片上，但是本質上仍是手工操作。

穿孔卡片

手工操作方式有兩個缺點：使用者獨佔全機，資源的利用率低；CPU等待手工操作，CPU的利用不充分。

20世紀50年代中期，電晶體的引入大大提升了計算機的速度。於是，手工操作的慢速度和計算機的高速度之間形成了尖銳矛盾，手工操作方式已嚴重損害了系統資源的利用率（資源利用率僅為百分之幾），不能容忍。在此背景下，誕生了批處理系統。

有意思的是，最早引入批處理系統的並不是任何一家計算機制造商，而是IBM的客戶通用汽車(GM)，GM的研究部門在1956年為其IBM 701生產了GM-NAA I/O（源於1955年開發的原型GM作業系統），併為701的後續產品進行了更新。

最後，IBM接管了這個專案，並在IBM7090和IBM7094計算機上提供了一個名為IBSYS的增強版本。這一時期也有了程式設計語言，IBM提出的FORTRAN語言是世界上第一個正式推廣使用的高階語言。

一種早期批處理系統：(1)程式設計師把卡片拿到1401機處；(2)1401機將批處理作業讀到磁帶上；(3)操作員將輸入磁帶送至7094機；(4)7094機進行計算；(5)操作員將輸出磁帶送到1401機；(6)1401機列印輸出。

當時作業系統非常多樣化，每個供應商都生產一個或多個適配其特定硬體的作業系統。即使來自同一個供應商的作業系統，也可能有完全不同的命令模型、操作程式和除錯工具。通常製造商每次推出一臺新機器，都會有一個新的作業系統。

這種情況一直持續到1964年——IBM開發了System/360機。

20世紀60年代初，包括IBM等大多數計算機制造商都有兩條完全不相容的產品線。有面向文字的大型科學計算機，如IBM 7094，用於科學工程中的數值計算。還有一些面向字元的商用計算機，如IBM 1401，廣泛用於銀行和保險公司的磁帶分類和列印。而System/360機兼顧了科學計算和事務處理兩方面的應用。

1961年12月28日，IBM首席副總裁Vincent Learson完成了一份長達8頁紙的報告《IBM360系統電子計算機》。這項計劃的投入規模空前，Learson估算總共需要投資50億美元，IBM特為此招募了6萬名新員工，建立了5座新工廠。

System/360第一次運用了“相容”的理念（360表示全方位的應用），由於所有的機器都有相同的體系結構和指令集，理論上，為一臺機器編寫的程式可以在其他所有機器上執行。

在硬體設計方面，IBM不得不自己動手設計製造晶片（因為買不到），但更大的困難卻是在軟體方面，要讓所有的軟體適用於所有的電腦，IBM的軟體工程師們傷透腦筋，投入到這個專案中的軟體工程師超過2000名，花費超過5億美元。

1964年4月7日，就在老沃森建立公司的50週年之際，IBM釋出360系列電腦，共有6個型號的大、中、小型電腦和44種新式的配套裝置，從功能較弱的360/51型小型機，到功能超過51型500倍的360/91型大型機，都是清一色的相容機。這也是世界上第一個採用積體電路的通用計算機。

System/360大型機

作業系統方面，OS/360是高階System/360機器的首選作業系統，而DOS/360則是功能較弱的機器的常用作業系統。

OS/360先後演變成MFT、MVT、SVS、MVS、MVS/XA、MVS/ESA、OS/390和z/OS。IBM保持了與過去的完全相容，目前z系列大型機依然能夠執行60年代開發的程式。

當時的IBM總裁小沃森在紐約向全世界宣佈：“這是本公司自成立以來最重要的劃時代產品。”5年之內，IBM360共售出32300臺，創造了電腦銷售中的奇蹟。

很快，與360電腦相容的IBM 370機接踵而至，其中最高檔的370/168機型，運算速度已達到每秒250萬次。

1966年底，IBM公司年收入超過40億，純利潤高達10億美元，躍升到美國10大公司行列，從而確立了自己在世界電腦市場的統治地位。

整個行業發生了革命性的變化，這導致許多競爭對手要麼合併，要麼破產。

大型機時代七個小矮人結局

微軟帝國是如何誕生的？

20世紀70年代，隨著大規模積體電路（LSI）的發展，個人計算機時代開始了。作業系統發展成為通用作業系統，同時兼有多道批處理、分時、實時處理的功能，最典型的是Unix。

Unix誕生於AT&T貝爾實驗室，但是當時AT&T被美國反壟斷制裁，貝爾實驗室不能銷售Unix，只能開放原始碼供所有人學習研究。後來，加州大學伯克利分校的學生Bill Joy為Unix加入TCP/IP協議，完成了BSD版本。

與此同時，英特爾推出首個8位CPU 8080，並希望有一個作業系統能夠測試它，於是英特爾找到了公司顧問Gary Kildall。Kildall隨後為其編寫了一個基於磁碟的作業系統，稱為CP/M（微型計算機控制程式）。但是英特爾認為基於磁碟的微型計算機沒有太大的前途。

為了進一步開發和銷售CP/M，Kildall成立了一家名為Digital Research的公司。

1977年，Digital Research重新編寫了CP/M，使其適合在使用8080、ZilogZ80和其他CPU晶片的許多微型計算機上執行。

當時，蘋果公司推出世界上第一臺個人電腦Apple II。為了與蘋果競爭，IBM迅速上馬個人電腦專案，並在1981年開發了一臺PC機。

IBM也曾考慮過Unix系統，但作業系統價格已經遠超硬體成本，不得不打消了念頭。同時IBM也不得不放棄摩托羅拉生產的CPU。摩托羅拉生產的M6800比英特爾的技術和設計上都要先進很多，更重要的是可以執行Unix。但出於成本考慮，IBM選擇了英特爾x86架構的CPU。

然後是尋找與英特爾CPU適配的作業系統。IBM是微軟BASIC直譯器的客戶，IBM曾向比爾·蓋茨打聽是否知道在個人電腦上執行的作業系統，蓋茨建議IBM聯絡當時世界上占主導地位的作業系統公司Digital Research。

Kildall做出了有史以來最糟糕的商業決策，拒絕與IBM會面，而是派了一名下屬。更糟糕的是，他的律師甚至拒絕簽署IBM的保密協議，該協議涉及尚未公佈的個人電腦。因此，IBM回到蓋茨那裡，詢問他是否可以為他們提供作業系統。

當時微軟完全沒有開發作業系統的經驗，但蓋茨想到了一個人——Tim Paterson，在此之前Paterson為了測試英特爾8086微處理器，花四個星期寫了個作業系統。蓋茨意識到這就是他要找的，馬上花5萬美元買下，Paterson四個星期就能賺5萬，當然很樂意。這個作業系統被蓋茨命名為MS-DOS。

出人意料的是，IBM將兩個二流產品組合在一起形成了一款強大的產品，微軟DOS系統和英特爾晶片完美適配，IBM PC憑藉極高的價效比壓過蘋果一頭，成為風靡世界的個人電腦。

IBM個人電腦（PC）

當Digital Research還在試圖向終端使用者銷售他們的作業系統時，微軟DOS就已經與IBM PC進行捆綁銷售。到1983年IBM PC/AT推出時，MS-DOS已經牢牢紮根，CP/M再也無力競爭。Unix陷入和BSD的官司之中，錯過了商業黃金期。

此時，IBM和微軟就只剩下蘋果一個對手。

1979年，喬布斯到施樂PARC研究所看到原型機Alto。敏銳的喬布斯立刻發現了圖形使用者介面(GUI)和滑鼠的商業價值，很快他就說服施樂公司，以一個極低的價格買下GUI。

1983年蘋果公司推出了Apple Lisa（以喬布斯的女兒命名），這是一臺首次採用GUI的個人電腦，但由於價格過於昂貴，商業上並不成功。後來，蘋果公司推出Macintosh電腦，不僅比Lisa便宜許多，還對使用者更加友好，一時取得了巨大成功。

與Mac OS相比，1985年推出了Windows 1.0就太寒酸了。

Windows 1.0

這時候蓋茨坐不住了，他找到了喬布斯，先是大加讚賞了喬布斯的偉大，然後請求得到一份蘋果的GUI，並承諾微軟的一切研究成果都是蘋果的。不可一世的喬布斯答應了。

蓋茨得到了蘋果的Lisa原型機，馬上組織團隊研發。但是蓋茨並沒有遵守當初的諾言，1990年微軟推出Windows 3.0，打破多項銷售記錄，從而開始了在作業系統上的壟斷地位。喬布斯大罵蓋茨是小偷，卻為時已晚。

另一方面，在蓋茨的建議下，IBM開放架構允許其他計算機制造商仿製和改進，使得IBMPC成為世界標準，這就是IBM相容機的由來。在逆向分析了IBM BIOS後，康柏、戴爾等PC相容機生產商開始崛起。

讓IBM始料不及的是，到了90年代PC廠商百花齊放，而作業系統卻是微軟一枝獨秀。甚至在21世紀初大量PC廠商倒閉、兼併的情況下，Windows依然穩如泰山。

量子計算機作業系統在哪裡？

就像普通計算機需要作業系統一樣，量子計算機也需要作業系統。如果沒有作業系統，量子計算機的實用性將大大降低。但是，我們沒有Windows、IOS或Linux的量子版本。

如果類比計算機的發展，目前量子計算機還處在ENIAC誕生前的時代，但是已有公司開始著手研究量子計算機作業系統。

早在2015年，英國劍橋量子計算（CQC）公司開發了一款叫作t|kit>的作業系統，該系統是使用一臺專有的超級計算機開發出來的，旨在更精確地模擬量子處理器的工作。

但是從作用來看，這還不是我們認知中的作業系統。後來，CQC在此基礎上推出一個量子軟體開發平臺t|ket>，將獨立於機器的演算法轉換為可執行的電路。

真正意義上的量子作業系統，是今年由一個英國財團開發Deltaflow.OS，允許相同的量子軟體在不同型別的量子計算硬體上執行。

這個財團由量子軟體公司Riverlane牽頭，量子硬體公司SeeQC、歐洲日立公司、Universal Quantum、Duality Quantum Photonics、Oxford Ionics、牛津量子電路公司、ARM和英國國家物理實驗室全程參與。

Riverlane公司自2019年7月以來，一直致力於Deltaflow.OS的開發，並在今年5月獲得760萬英鎊的政府撥款。隨後9月迎來了“hello world”時刻，第一次在Oxford Ionics的離子阱量子計算機上成功試用Deltaflow.OS量子作業系統。

根據Riverlane對外公開的資訊，Deltaflow.OS滿足兩個重要的客戶需求：軟體對任何量子硬體的可移植性，以及使用所有可用量子功率的最佳堆疊效能。

Deltaflow.OS幫助提高量子計算效能

目前，Riverlane釋出了Deltaflow.OS第一個版本：“Deltaflow-on-ARTIQ”。

該產品旨在使量子硬體公司以及演算法和應用程式開發人員能夠透過簡化協作和減少實驗室停機時間來加速他們的研究。Deltaflow-on-ARTIQ由Deltaflow語言（Deltalanguage）和執行該語言的各種硬體模型組成，包括ARTIQ控制系統的模擬器。

從奧地利因斯布魯克大學分拆出的公司ParityQC成立於今年1月，目前在開發作業系統ParityOS和架構，ParityOS是一個自動建立編譯器、最佳化演算法和晶片佈局的平臺。其硬體合作伙伴是開發中性原子量子處理器的法國公司Pasqal，未來ParityOS有望應用到此硬體上。

同樣基於中性原子技術的量子硬體公司ColdQuanta也選擇了ParityQC作為合作伙伴，公司首席科學家Mark Saffman表示，ColdQuanta的冷原子量子計算系統非常適合ParityQC的最佳化架構。

ParityOS作業系統允許用比標準門模型方法少一個數量級的門操作來編譯最佳化問題，因而實現大型複雜最佳化問題的編碼將比標準方法提前3年。

雖然目前開發量子作業系統的都是初創公司，規模較小，但是要知道微軟在開發作業系統前也是一家小公司。實際上，微軟也在計劃開發量子作業系統，其量子計算團隊正在開發一款從晶片到作業系統的量子計算機。

從計算機歷史發展來看，作業系統是隨著硬體進步而產生的，目前量子計算機處在非常早期的階段，對量子作業系統需求不大，現階段主要透過經典作業系統接入雲平臺對量子計算機進行操作。但隨著計算量不斷膨脹，開發適合量子計算機的作業系統將勢在必行。

對於中國，我們的國產作業系統經過20多年發展，仍未在市場上掀起波瀾，如今隨著量子計算機的發展，量子作業系統必須提上日程了。

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