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飞时科技为您深入量子领域提供坚实助力

2023-02-10865次

科幻作品都有超前科技吸引眼球，在《流浪地球2》中，名为“MOSS”的量子计算机如同黑巫师展现了超强计算能力，MOSS 尽情展现出了人类对高性能量子能力的期盼。那么现实中的量子计算机到底是什么样？

科幻作品都有超前科技吸引眼球，在《流浪地球2》中，名为“MOSS”的量子计算机如同黑巫师展现了超强计算能力，它可以坚定的执行自己使命，可以随意干扰人类决策。目前还没有“MOSS”级的计算机， MOSS 尽情展现出了人类对高性能量子能力的期盼。那么现实中的量子计算机到底是什么样，水平有多高呢？我们来简单了解一下。

1 目前的量子计算机水平

1981年，诺贝尔奖获得者理查德·费曼提出了量子计算机构想，量子计算机有三大要素：物理体系，量子比特数量，量子算法，建立在量子具有独特的纠缠态性质之上，叠加态分布可初始化设定，可变换，可测量的基础上。量子比特处于“0”和”1“的叠加态，可以同时表示0和1，对N位量子比特进行一次运算操作，等效于传统计算机进行2N次操作，比如，一台有64个量子比特的量子计算机，其运算能力大约是1.85E19次/秒，这已经超过了我国的超算天河2号，这也是量子计算机独特的并行运算能力。量子比特越多，其运算能力越强，当然了，制作难度也是成指数级上升的。量子计算机的突出优点是：快速，可以在短时间内解决目前超级计算机无法回答的问题。

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量子计算机总需要基于某种物理体系来实现，按照物理体系的差异，量子计算机可分为超导、半导体量子点、拓扑、离子阱、光量子，NV色心等几类。目前量子计算机的性能受限于量子比特的数目，计算能力还比较低，同时目前尚无通用的量子算法，现在的量子计算机几乎都是专用型计算机，只能解决特定的问题。目前，已经出现了质因数分解算法(1994，Peter Shor)，量子搜索算法(1996，Grover)，这使得量子计算机已经有了明确的应用场景。

2 现在几种主要的量子计算机

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2022 IBM 鱼鹰 433量子比特

2021 中科大祖冲之二号 66量子比特

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2021 中科大九章二号 113个光子144模式

3 量子计算机离我们有多远

现有的各种路线—离子阱或超导量子—都面临着不同的技术挑战。例如，在超导量子计算方向上，科研人员正在寻求提升量子门操控的保真度的方式，尝试量子纠错的算法，创新量子比特操控和读取的方法。

研究表明，量子计算可以基于各种物理体系，研究的瓶颈仍然是物理实现方式。同时我们也应该看到，量子计算机还很脆弱，量子态保持受环境影响比较大，需要通过纠错编码的方式解决。实现通用的量子计算机，可用来解决各个领域的应用问题，所需的量子比特数目要达到更高水平，达到几万乃至上百万，通用量子计算机的成功还有漫长的路要走，各国科研人员正在多条线路中激烈角逐。

4 飞时科技助力量子研究

SHFQC 8.5 GHz 量子测控一体机

SHFQC 量子测控一体机可以同时进行控制，读取和快速反馈，多达 6 个超导量子比特。它集成了 SHFQA 量子分析仪和 SHFSG 信号发生器，以及其他功能于一身。因为 SHFQC 集成了微波信号产生模块和触发分配单元，延时低于 350 ns 超快反馈，并可直接连接到致冷机启动实验。SHFQC 的控制通道有 3 种配置以实现不同的实验需求，即 2个，4 个或 6 个控制通道。对于 2 个或 4 个控制通道的初始配置，用户可以在线升级至更高的通道配置。

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SHFQA 8.5 GHz 量子分析仪

SHFQA 量子分析仪，作为独立单体仪器，具备完整的实时量子态读取功能，最多可读取高达 64 个超导和自旋量子比特。 SHFQA的频率范围为 0.5 - 8.5 GHz，分析带宽为 1 GHz，且无需混频器校准。SHFQA 具有 2 个或 4 个读取通道，每个通道均可以分析多达 16 个量子比特，8 个 qutrit 或 5 个 quaquad。对于 2 通道 SHFQA，此功能需要配备 SHFQA-16W 选件。

SHFQA 凭借其先进的定序器和低延迟信号处理链，包含匹配滤波和结果关联运算，能够以最佳的信噪比和最低的延迟实现多量子态鉴别。SHFQA 可以将数据实时传输到其他仪器，以实现有效的 qubit 复位或全局纠错协议。通过作用包括用户界面，应用程序接口 (API) 和 LabOne QCCS 控制软件的 LabOne 软件组件，SHFQA 可支持规模从几个至几百个量子比特的量子计算系统。

UHFQA 600 MHz量子分析仪

UHFQA 量子分析仪是市场上仅有的一款可并行、高速和高保真度读取多至 10 个超导或自旋量子比特的仪器。 UHFQA 覆盖的频率宽度为 1.2 GHz (±600 MHz)，时间分辨率在纳秒量级。 UHFQA 拥有 2 个输入通道和 2 个输出通道，用于 IQ 调制操作。得益于低延迟的信号处理链路 (包含匹配滤波器、实时矩阵操作，以及量子态鉴别)，UHFQA 与其它 QCCS 仪器并用时，可支持拥有 100 个甚至更多量子比特的量子计算机系统。

PQSC 可编程量子系统控制器

PQSC可编程量子系统控制器，是Zurich Instruments 的一款用于操控所有 QCCS 仪器，以实现多量子比特 (多达 100 个) 量子计算的控制器。PQSC 提供ZSync 低延迟实时通信链，专为量子计算设计。PQSC突破了传统控制方式的局限，使快速自动化量子比特校准的常规化成为现实。PQSC的FPGA 型号是功能强大的 Xilinx UltraScale+。直接对 FPGA 进行编程配置，并通过开发经过优化的新信号处理方案，可以实现更为复杂的功能，例如在特定的量子算法和量子计算机架构中进行快速启动和纠错等。

SHFSG 8.5 GHz 微波任意波形发生器

SHFSG 信号发生器可以直接产生频率范围从 DC 到 8.5 GHz 的量子比特控制信号，具有 1 GHz 的无杂散调制带宽。 SHFSG 使用双超外差技术进行频率上变频，无需混频器校准并节省系统调校时间。每个 SHFSG 带有 4 或 8 个具有 14 位垂直分辨率的模拟输出通道。 SHFSG 可经 LabOne 、 API 或 LabOne QCCS 软件控制，支持大小从几个量子比特到几百个量子比特的量子计算系统。

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