中科大郭光灿团队研制出自主知识产权的量子计算机控制系统

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，几名研究人员正在操作一个20英寸手提箱大小的仪器来调试量子芯片和其他操作。几周前，需要一个装满设备的房间来完成这些操作。

这台手提箱大小的仪器是原量子测控一体机，是中国科技大学郭广灿院士和他的同事郭、孔伟成最近研制成功的量子计算机控制系统。

"它小巧、专业、高效，并且本地化程度高."中国科学院量子信息重点实验室副主任郭说，原量子测控一体机是我国第一台自主开发的量子计算机控制系统。它可以控制量子芯片，充分发挥其性能优势。它的成功发展是向量子计算机迈出的重要一步。

可以实现大量子芯片的精确测量和控制，充分发挥性能优势

量子测控一体机是一种能够精确测量和控制大型量子芯片的产品。

郭与比较经典的电脑:“事实上，量子芯片和传统的电脑*处理器一样，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一系列的硬件，如主板、内存、电源等，为处理器提供一个功能环境。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。”

在一体式量子测控机研制成功之前，研究人员需要使用许多仪器来控制量子位。有些仪器比柜式空调大。各种仪器放在一起需要30到40平方米的空间。随着控制量子位数量的增加，仪器也需要相应增加，占用的面积也随之增加。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，它占据了很大的一块区域。

"量子计算机要想容易投入使用，就必须小型化."郭表示，该研究团队将多种仪器集成在一个仪器中，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组成部分，可以充分发挥量子芯片的性能优势。

本发明节约了成本，可应用于精密测量等更广泛的领域

在最初的量子测控一体机开发成功之前，量子计算机的开发只能使用传统的商业仪器和设备来构建自己的量子计算机控制系统。这些商用仪器是非标准设备，不是专业的可控量子位，但经过调节后可以在一定程度上实现控制量子位的功能。

“好像研究人员需要保持水分的功能。过去，市场上只有蓝白相间的罐子。当然，青花壶可以盛水，但盛水只是青花壶的一个功能。”郭对说: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。

"我们创造了一个储水罐来装水."郭表示，如果购买传统的商用仪器来搭建一个系统，成本将超过一千万元，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，而且批量生产后成本会进一步降低。

此外，使用量子测控一体机也可以节省大量的研究时间。过去，当研究人员建立他们自己的量子计算机控制系统时，由于缺乏统一的规范，调试各种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，系统调试时间接近于零，研究人员可以将更多精力放在与科研相关的数据验证上。

量子测控一体机本身也是一种高端仪器，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组件已经国产化。在许多可以应用高端仪器的领域，高端仪器依赖进口的状况可能会得到改善。

它将随着量子芯片的发展而迭代，但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启动的时候。“当蒸汽机只有0.01马力时，它比马好，但有什么意义呢？它代表了一个发展方向。”郭对说:

研究人员预测，当量子计算时代到来时，用一台时钟频率为1000亿赫兹的量子计算机来求解一个包含1000亿个变量的线性方程组只需要10秒钟。现在，即使有世界上最快的超级计算机，也至少需要数百年。

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，测控一体机必须升级和迭代，以满足更多数字量子芯片的测控要求。

郭广灿说，除了量子芯片和控制系统，开发真正有用的量子计算机还需要许多量子元素，离量子计算机的真正出现还有很长的路要走。

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‘量子计算机’的原型，并探索更广泛的应用场景。然后需要十到二十年的时间来开发一种能够满足现实生活需要的特殊量子计算机，最后需要几十年的努力来实现一种通用量子计算机。”

郭表示，在经典的电脑时代，一些跨国公司已经建立了操作系统和芯片系统，使得后来者很难赶上。在量子计算机领域，海外跨国公司尚未形成绝对优势。“我们希望通过努力工作，我们能够抓住量子计算时代到来的第一个机遇，成为推动世界科学研究发展的创新力量。”郭对说: