中科大研制出自主知识产权量子计算机控制系统

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最近，在位于中国科技大学的中国科学院量子信息重点实验室，几位研究人员正在操作一台20英寸手提箱大小的仪器来调试量子芯片。几周前，一屋子的设备完成了这些操作。

这个手提箱大小的仪器是由中国科技大学的郭广灿院士和他的同事郭、孔伟成等成功研制的量子计算机控制系统。

"它小型化、专业化、高效化，并具有高度的本土化."中国科学院量子信息重点实验室副主任郭表示，原量子测控一体机是国内第一台自主研发的量子计算机控制系统，能够控制量子芯片，充分发挥其性能优势。它的成功发展是迈向量子计算机的重要一步。

它可以实现对大量子芯片的精确测量和控制，充分发挥性能优势

量子测控一体机是能够实现大量子芯片精确测控的产品。

郭对的经典电脑进行了比较:“其实，量子芯片就像传统的电脑cpu一样，需要一个控制系统来支持它正常工作，就像我们的电脑主机有主板、内存、电源等一系列硬件，为处理器提供了一个功能环境。量子芯片也需要这样的环境。我们把这个环境定义为量子计算机控制系统。量子测控一体机就是这个系统。它是量子计算机的所有硬件组件，除了量子芯片。”

在量子测量和控制集成机器成功开发之前，研究人员想要操纵量子比特，并使用了许多仪器，其中一些比橱柜空钥匙还大，许多仪器需要30-40平方米的空间来放下它们。随着被操纵的量子位数量的增加，仪器需要相应地增加，并占据更多的土地。这类似于经典电脑首次出现的场景。1946年，当世界上第一台经典计算机诞生时，它占据了很大的面积。

"如果量子计算机想方便地投入使用，就必须走小型化的道路."郭表示，该研究团队将多种仪器集成为一台仪器，即量子测控一体机，其主要功能是提供量子芯片运行所需的各种关键信号。同时，在量子芯片处理完一个任务后，它还可以通过量子计算机控制系统读取处理结果。

在量子芯片快速集成和发展的现阶段，量子计算机控制系统是量子计算机不可或缺的一部分，它可以使量子芯片充分发挥其性能优势。

节约成本，可广泛应用于精密测量等领域

在最初的量子测控一体机成功开发之前，量子计算机控制系统只能用传统的商用仪器和设备来建造。这些商用仪器是非标准设备，不是专门操纵量子位的，但经过调节后可以在一定程度上实现操纵量子位的功能。

“这就像研究人员需要保持水分一样。过去，市场上只有蓝白相间的罐头。蓝白罐当然可以盛水，但水只是蓝白罐的一种功能。”郭对说道。因此，原有的构建方法不仅成本高、功能冗余，而且存在兼容性差、调试困难等缺点。

"我们相当于创造了一个储水罐来储存水."郭表示，如果购买传统的商业仪器来构建一个系统，成本将超过1000万元，而专门为量子芯片设计的量子测控一体机可以节省一半的成本，并且大规模生产后成本将进一步降低。

此外，使用量子测控一体机还可以节省大量的科研时间。过去，当研究人员建造他们自己的量子计算机控制系统时，由于缺乏统一的规范，调试这些商业仪器需要几个月甚至一年多的时间。量子测控一体机投入使用后，系统的调试时间接近于0，研究者可以将更多的精力放在与科研相关的数据验证上。

量子测控一体机本身是一种高端仪器，可以应用于精密测量和基础科学研究等更广泛的领域。郭表示，目前，国内高端仪器仪表依赖进口，部分量子测控一体机部件已经国产化。在许多适用领域，高端工具依赖进口的情况可能会得到改善。

它将随着量子芯片的发展而发展，但是它离量子计算机的出现还很远

郭广灿院士的团队认为，量子计算机发展的现阶段相当于蒸汽机刚刚问世的时候。“当蒸汽机只有0.01马力时，它比马强，但有什么意义呢？它代表了一个发展方向。”郭对说道。

研究人员预测，当量子计算时代到来时，用一台具有千兆赫时钟频率的量子计算机，只需10秒钟就能解决一个包含数十亿个变量的线性方程组。现在，使用世界上最快的超级计算机至少需要数百年。

郭表示，目前的量子测控一体机只能服务0.01马力的量子芯片。当量子芯片升级到1马力和10马力时，测控一体机将进行升级和迭代，以满足更多数字量子芯片的测控需求。

郭广灿说，除了量子芯片和控制系统之外，开发一台真正有用的量子计算机还需要许多量子元素，这与量子计算机的真实面貌还相差甚远。

负责量子测控一体机研发的技术总监孔伟成表示:“该团队将尽快开发出‘量子计算机’的原型，并探索更广泛的应用场景。然后，经过十到二十年的努力，我们研制出了一种可以解决现实生活需要的特殊量子计算机，并经过几十年的努力，终于实现了一种通用的量子计算机。”

郭表示，在经典电脑时代，一些跨国公司已经在操作系统和芯片上建立了系统，这使得后来者捉襟见肘。在量子计算机领域，海外跨国公司尚未形成绝对优势。“我们希望通过努力，我们将抓住量子计算时代到来的机遇，成为推动全球科学研究和发展的创新力量。”郭对说道。

《人民日报》(2018年12月26日，第12版)

来源：搜狐微门户