12月6日，合肥本源量子計算科技有限責任公司（以下簡稱“本源量子”）在合肥召開“2018年度產品發佈會”，併發布了我國首款具有完全自主知識產權的量子計算機控制系統——本源量子測控一體機（OriginQ Quantum AIO），該產品能夠實現對大型量子芯片的精準測控。
本源量子測控一體機真機拍攝
這個“首款量子計算機控制系統”——本源量子測控一體機，是什麼水平？
首先，合肥本源量子是何方神聖？
成立於2017年9月的本源量子，是中國第一家量子計算公司，由中科院院士郭光燦和中科大教授郭國平帶領中科大博士團隊創立。
郭光燦院士是國內量子科學的先行者
成立一年多的時間裡，本源量子先後在量子虛擬機、量子軟件、量子應用等領域取得突破。比如，本源量子是世界上首個實現64比特量子線路仿真的團隊——這一成就打破了IBM團隊的記錄——並公開了可證偽的64位量子虛擬機服務，相關論文《64-qubit quantum circuit simulation》刊於中國科學院Science Bulletin期刊。
“量子計算機控制系統”能幹啥？
本源量子測控一體機（以下簡稱“本源一體機”）最基本功能是提供量子芯片運行所需的關鍵信號，同時負責對量子芯片傳回信息的處理，並執行對量子計算機程序的編譯。本源量子公司董事長、量子測控部總監孔偉成介紹說，本源一體機將主要應用於量子芯片的測試研究與量子計算機的原理搭建等場景，此外它還可應用於精密測量、相關基礎研究等領域中。
一體機的應用場景
“如果說量子芯片是人的‘大腦’，量子軟件、應用、語言相當於人的‘血肉之軀’，那麼量子計算機控制系統就如人的‘骨幹’。”孔偉成說，在當前量子芯片集成發展的階段，量子計算機控制系統是量子計算機不可或缺的組成部分，它能使量子芯片最大程度發揮其性能優勢。
“本源量子測控一體機”牛在哪兒？
當前，由於我國高端儀器儀表嚴重依賴進口，量子計算機研發只能使用傳統商用儀器設備自行搭建量子計算機控制系統，信號的輸出與採集任務只能單獨進行。這種方式不僅成本高昂、功能冗餘，還存在兼容性差、難以集成等缺點。
假設一臺1000位量子比特的量子計算機被研製成功，如果用商用儀器搭建量子計算機控制系統，那就需要足夠大的空間來放置數千臺商用儀器，並在其中連接平均幾十米長的信號線路——僅連接線路就得花費一週以上的時間。尤其是當量子芯片集成度增大時，性能弊端也會越來越嚴重，在這種情況下，因連接儀器的同軸電纜導致同步紊亂、指令響應慢、信號質量下降的現象，也會隨之發生。
針對於此，本源量子團隊針對目前最有希望（實現量子計算機）的半導體量子芯片以及超導量子芯片，研製了這套精簡、高效的量子計算機控制系統，並將所有量子計算控制系統的功能集成在一臺能夠完整實現對量子芯片控制的機器內，並命名為“量子測控一體機”。
產品資料顯示，本源量子測控一體機採用模塊化設計，當前發佈的版本包含四種功能模塊，總計40個功能通道，功能通道之間通過PCIE高速擴展總線互連、實現一體化，可直接支持8位超導量子芯片或者2位半導體量子芯片。在使用過程中，還可以將其升級至最多200通道，以支持更高性能的量子芯片。
當前，量子計算呈多元化發展趨勢，本源量子發佈的量子測控一體機是針對量子計算領域用戶的首套國產量子計算機控制系統，同時也提供了其他量子芯片體系的定製服務，為量子計算機研發、量子芯片基礎研究提供最合適的硬件平臺。
本源量子一體機如何實現功能？
孔偉成說：“我們採用高性能的FPGA芯片，實現量子測控一體機所有功能通道的參數配置，並執行量子程序的硬解碼。利用這種方式，我們可以大幅提高量子計算機的運行效率。”
以量子芯片回傳信號分析為例，傳統的分析方法將信號數據傳回上位機終端，再由上位機軟件進行處理，這個過程的耗時至少為10微秒以上；而在本源量子測控一體機中，信號在FPGA中直接處理，即可得到邏輯信息，全過程耗時僅為200ns。因此，量子程序的執行速度的大幅提高。
他說，目前，全世界沒有任何商用儀器能達到如此快的處理速度。
量子計算機控制系統示意圖
此外，與商用儀器互連相比，本源量子測控一體機徹底去除低俗冗長的通信線路，避免了指令和數據的傳輸滯留，使得整個系統的響應速度從納秒級提升至皮秒級，大幅提升了系統的整體性能。
同時，為了便於用戶的操作，本源量子測控一體機上位機終端特別提供了一款專用軟件，用於提高量子程序編寫效率，用戶可直接在觸屏面板上進行操作。同時，該量子測控一體機附帶Python開放編程環境，支持用戶實現更多自定義的編程設計。
孔偉成表示，未來本源量子研發團隊將對量子測控一體機進行持續改進升級，使其向著集成度更高、信號指標更高、模塊化獨立產品、量子計算機彙編語言等多個方向優化，並滿足更多位數量子芯片的測控需求。
郭光燦院士怎麼說？
發佈會上，郭光燦院士表示，除了量子芯片、控制系統外，要研製一臺真正有用的量子計算機所需要的量子元素還很多，人們距離量子計算機的真正面世還很遙遠，但此次完全自主知識產權的量子計算機控制系統的研製，是“邁向量子計算機重要的一小步”。
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