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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(xiàn)了超強計算能力，它可以堅定的執(zhí)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(xiàn)出了人類對高性能量子能力的期盼。那么現(xiàn)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(gòu)想，量子計算機有三大要素：物理體系，量子比特數(shù)量，量子算法，建立在量子具有獨特的糾纏態(tài)性質(zhì)之上，疊加態(tài)分布可初始化設(shè)定，可變換，可測量的基礎(chǔ)上。 量子比特處于“0”和”1“的疊加態(tài)，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(tǒng)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(jīng)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(dāng)然了，制作難度也是成指數(shù)級上升的。量子計算機的突出優(yōu)點是：快速，可以在短時間內(nèi)解決目前超級計算機無法回答的問題。

量子計算機總需要基于某種物理體系來實現(xiàn)，按照物理體系的差異，量子計算機可分為超導(dǎo)、半導(dǎo)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(shù)目，計算能力還比較低，同時目前尚無通用的量子算法，現(xiàn)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(jīng)出現(xiàn)了質(zhì)因數(shù)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(jīng)有了明確的應(yīng)用場景。

2 現(xiàn)在幾種主要的量子計算機

2022  IBM 魚鷹 433量子比特

2021  中科大 祖沖之二號  66量子比特

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(xiàn)有的各種路線—離子阱或超導(dǎo)量子—都面臨著不同的技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，在超導(dǎo)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(chuàng)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(xiàn)方式。 同時我們也應(yīng)該看到，量子計算機還很脆弱，量子態(tài)保持受環(huán)境影響比較大，需要通過糾錯編碼的方式解決。實現(xiàn)通用的量子計算機，可用來解決各個領(lǐng)域的應(yīng)用問題，所需的量子比特數(shù)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(dǎo)量子比特。它集成了 SHFQA 量子分析儀 和 SHFSG 信號發(fā)生器，以及其他功能于一身。因為 SHFQC 集成了微波信號產(chǎn)生模塊和觸發(fā)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(xiàn)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。

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(tài)讀取功能，最多可讀取高達 64 個超導(dǎo)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(jié)果關(guān)聯(lián)運算，能夠以最佳的信噪比和最低的延遲實現(xiàn)多量子態(tài)鑒別。SHFQA 可以將數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)狡渌麅x器，以實現(xiàn)有效的 qubit 復(fù)位或全局糾錯協(xié)議。通過作用包括用戶界面，應(yīng)用程序接口 (API) 和 LabOne QCCS 控制軟件的 LabOne 軟件組件，SHFQA 可支持規(guī)模從幾個至幾百個量子比特的量子計算系統(tǒng)。

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(dǎo)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(diào)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(tài)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(tǒng)。

PQSC 可編程量子系統(tǒng)控制器

PQSC可編程量子系統(tǒng)控制器，是Zurich Instruments 的一款用于操控所有 QCCS 儀器，以實現(xiàn)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(shè)計。PQSC突破了傳統(tǒng)控制方式的局限，使快速自動化量子比特校準的常規(guī)化成為現(xiàn)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(fā)經(jīng)過優(yōu)化的新信號處理方案，可以實現(xiàn)更為復(fù)雜的功能，例如在特定的量子算法和量子計算機架構(gòu)中進行快速啟動和糾錯等。

SHFSG 8.5 GHz 微波任意波形發(fā)生器

SHFSG 信號發(fā)生器可以直接產(chǎn)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(diào)制帶寬。 SHFSG 使用雙超外差技術(shù)進行頻率上變頻，無需混頻器校準并節(jié)省系統(tǒng)調(diào)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(jīng) 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(tǒng)。

新聞素材來源：https://www.zhinst.cn/