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飛時科技為您深入量子領域提供堅實助力

2023-02-101307次

科幻作品都有超前科技吸引眼球，在《流浪地球2》中，名為“MOSS”的量子計算機如同黑巫師展現了超強計算能力，MOSS 盡情展現出了人類對高性能量子能力的期盼。那么現實中的量子計算機到底是什么樣？

科幻作品都有超前科技吸引眼球，在《流浪地球2》中，名為“MOSS”的量子計算機如同黑巫師展現了超強計算能力，它可以堅定的執行自己使命，可以隨意干擾人類決策。目前還沒有“MOSS”級的計算機， MOSS 盡情展現出了人類對高性能量子能力的期盼。那么現實中的量子計算機到底是什么樣，水平有多高呢？我們來簡單了解一下。

1 目前的量子計算機水平

1981年，諾貝爾獎獲得者理查德·費曼提出了量子計算機構想，量子計算機有三大要素：物理體系，量子比特數量，量子算法，建立在量子具有獨特的糾纏態性質之上，疊加態分布可初始化設定，可變換，可測量的基礎上。量子比特處于“0”和”1“的疊加態，可以同時表示0和1，對N位量子比特進行一次運算操作，等效于傳統計算機進行2N次操作，比如，一臺有64個量子比特的量子計算機，其運算能力大約是1.85E19次/秒，這已經超過了我國的超算天河2號，這也是量子計算機獨特的并行運算能力。量子比特越多，其運算能力越強，當然了，制作難度也是成指數級上升的。量子計算機的突出優點是：快速，可以在短時間內解決目前超級計算機無法回答的問題。

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量子計算機總需要基于某種物理體系來實現，按照物理體系的差異，量子計算機可分為超導、半導體量子點、拓撲、離子阱、光量子，NV色心等幾類。目前量子計算機的性能受限于量子比特的數目，計算能力還比較低，同時目前尚無通用的量子算法，現在的量子計算機幾乎都是專用型計算機，只能解決特定的問題。目前，已經出現了質因數分解算法(1994，Peter Shor)，量子搜索算法(1996，Grover)，這使得量子計算機已經有了明確的應用場景。

2 現在幾種主要的量子計算機

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2022 IBM 魚鷹 433量子比特

2021 中科大祖沖之二號 66量子比特

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2021 中科大九章二號 113個光子144模式

3 量子計算機離我們有多遠

現有的各種路線—離子阱或超導量子—都面臨著不同的技術挑戰。例如，在超導量子計算方向上，科研人員正在尋求提升量子門操控的保真度的方式，嘗試量子糾錯的算法，創新量子比特操控和讀取的方法。

研究表明，量子計算可以基于各種物理體系，研究的瓶頸仍然是物理實現方式。同時我們也應該看到，量子計算機還很脆弱，量子態保持受環境影響比較大，需要通過糾錯編碼的方式解決。實現通用的量子計算機，可用來解決各個領域的應用問題，所需的量子比特數目要達到更高水平，達到幾萬乃至上百萬，通用量子計算機的成功還有漫長的路要走，各國科研人員正在多條線路中激烈角逐。

4 飛時科技助力量子研究

SHFQC 8.5 GHz 量子測控一體機

SHFQC 量子測控一體機可以同時進行控制，讀取和快速反饋，多達 6 個超導量子比特。它集成了 SHFQA 量子分析儀和 SHFSG 信號發生器，以及其他功能于一身。因為 SHFQC 集成了微波信號產生模塊和觸發分配單元，延時低于 350 ns 超快反饋，并可直接連接到致冷機啟動實驗。SHFQC 的控制通道有 3 種配置以實現不同的實驗需求，即 2個，4 個或 6 個控制通道。對于 2 個或 4 個控制通道的初始配置，用戶可以在線升級至更高的通道配置。

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SHFQA 8.5 GHz 量子分析儀

SHFQA 量子分析儀，作為獨立單體儀器，具備完整的實時量子態讀取功能，最多可讀取高達 64 個超導和自旋量子比特。 SHFQA的頻率范圍為 0.5 - 8.5 GHz，分析帶寬為 1 GHz，且無需混頻器校準。SHFQA 具有 2 個或 4 個讀取通道，每個通道均可以分析多達 16 個量子比特，8 個 qutrit 或 5 個 quaquad。對于 2 通道 SHFQA，此功能需要配備 SHFQA-16W 選件。

SHFQA 憑借其先進的定序器和低延遲信號處理鏈，包含匹配濾波和結果關聯運算，能夠以最佳的信噪比和最低的延遲實現多量子態鑒別。SHFQA 可以將數據實時傳輸到其他儀器，以實現有效的 qubit 復位或全局糾錯協議。通過作用包括用戶界面，應用程序接口 (API) 和 LabOne QCCS 控制軟件的 LabOne 軟件組件，SHFQA 可支持規模從幾個至幾百個量子比特的量子計算系統。

UHFQA 600 MHz量子分析儀

UHFQA 量子分析儀是市場上僅有的一款可并行、高速和高保真度讀取多至 10 個超導或自旋量子比特的儀器。 UHFQA 覆蓋的頻率寬度為 1.2 GHz (±600 MHz)，時間分辨率在納秒量級。 UHFQA 擁有 2 個輸入通道和 2 個輸出通道，用于 IQ 調制操作。得益于低延遲的信號處理鏈路 (包含匹配濾波器、實時矩陣操作，以及量子態鑒別)，UHFQA 與其它 QCCS 儀器并用時，可支持擁有 100 個甚至更多量子比特的量子計算機系統。

PQSC 可編程量子系統控制器

PQSC可編程量子系統控制器，是Zurich Instruments 的一款用于操控所有 QCCS 儀器，以實現多量子比特 (多達 100 個) 量子計算的控制器。PQSC 提供ZSync 低延遲實時通信鏈，專為量子計算設計。PQSC突破了傳統控制方式的局限，使快速自動化量子比特校準的常規化成為現實。PQSC的FPGA 型號是功能強大的 Xilinx UltraScale+。直接對 FPGA 進行編程配置，并通過開發經過優化的新信號處理方案，可以實現更為復雜的功能，例如在特定的量子算法和量子計算機架構中進行快速啟動和糾錯等。

SHFSG 8.5 GHz 微波任意波形發生器

SHFSG 信號發生器可以直接產生頻率范圍從 DC 到 8.5 GHz 的量子比特控制信號，具有 1 GHz 的無雜散調制帶寬。 SHFSG 使用雙超外差技術進行頻率上變頻，無需混頻器校準并節省系統調校時間。每個 SHFSG 帶有 4 或 8 個具有 14 位垂直分辨率的模擬輸出通道。 SHFSG 可經 LabOne 、 API 或 LabOne QCCS 軟件控制，支持大小從幾個量子比特到幾百個量子比特的量子計算系統。

新聞素材來源：https://www.zhinst.cn/

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