12月6日，合肥本源量子计算科技有限责任公司（以下简称“本源量子”）在合肥召开“2018年度产品发布会”，并发布了我国首款具有完全自主知识产权的量子计算机控制系统——本源量子测控一体机（OriginQ Quantum AIO），该产品能够实现对大型量子芯片的精准测控。

本源量子测控一体机真机拍摄

这个“首款量子计算机控制系统”——本源量子测控一体机，是什么水平？

首先，合肥本源量子是何方神圣？

成立于2017年9月的本源量子，是中国第一家量子计算公司，由中科院院士郭光灿和中科大教授郭国平带领中科大博士团队创立。

郭光灿院士是国内量子科学的先行者

成立一年多的时间里，本源量子先后在量子虚拟机、量子软件、量子应用等领域取得突破。比如，本源量子是世界上首个实现64比特量子线路仿真的团队——这一成就打破了IBM团队的记录——并公开了可证伪的64位量子虚拟机服务，相关论文《64-qubit quantum circuit simulation》刊于中国科学院Science Bulletin期刊。

“量子计算机控制系统”能干啥？

本源量子测控一体机（以下简称“本源一体机”）最基本功能是提供量子芯片运行所需的关键信号，同时负责对量子芯片传回信息的处理，并执行对量子计算机程序的编译。本源量子公司董事长、量子测控部总监孔伟成介绍说，本源一体机将主要应用于量子芯片的测试研究与量子计算机的原理搭建等场景，此外它还可应用于精密测量、相关基础研究等领域中。

一体机的应用场景

“如果说量子芯片是人的‘大脑’，量子软件、应用、语言相当于人的‘血肉之躯’，那么量子计算机控制系统就如人的‘骨干’。”孔伟成说，在当前量子芯片集成发展的阶段，量子计算机控制系统是量子计算机不可或缺的组成部分，它能使量子芯片最大程度发挥其性能优势。

“本源量子测控一体机”牛在哪儿？

当前，由于我国高端仪器仪表严重依赖进口，量子计算机研发只能使用传统商用仪器设备自行搭建量子计算机控制系统，信号的输出与采集任务只能单独进行。这种方式不仅成本高昂、功能冗余，还存在兼容性差、难以集成等缺点。

假设一台1000位量子比特的量子计算机被研制成功，如果用商用仪器搭建量子计算机控制系统，那就需要足够大的空间来放置数千台商用仪器，并在其中连接平均几十米长的信号线路——仅连接线路就得花费一周以上的时间。尤其是当量子芯片集成度增大时，性能弊端也会越来越严重，在这种情况下，因连接仪器的同轴电缆导致同步紊乱、指令响应慢、信号质量下降的现象，也会随之发生。

针对于此，本源量子团队针对目前最有希望（实现量子计算机）的半导体量子芯片以及超导量子芯片，研制了这套精简、高效的量子计算机控制系统，并将所有量子计算控制系统的功能集成在一台能够完整实现对量子芯片控制的机器内，并命名为“量子测控一体机”。

产品资料显示，本源量子测控一体机采用模块化设计，当前发布的版本包含四种功能模块，总计40个功能通道，功能通道之间通过PCIE高速扩展总线互连、实现一体化，可直接支持8位超导量子芯片或者2位半导体量子芯片。在使用过程中，还可以将其升级至最多200通道，以支持更高性能的量子芯片。

当前，量子计算呈多元化发展趋势，本源量子发布的量子测控一体机是针对量子计算领域用户的首套国产量子计算机控制系统，同时也提供了其他量子芯片体系的定制服务，为量子计算机研发、量子芯片基础研究提供最合适的硬件平台。

本源量子一体机如何实现功能？

孔伟成说：“我们采用高性能的FPGA芯片，实现量子测控一体机所有功能通道的参数配置，并执行量子程序的硬解码。利用这种方式，我们可以大幅提高量子计算机的运行效率。”

以量子芯片回传信号分析为例，传统的分析方法将信号数据传回上位机终端，再由上位机软件进行处理，这个过程的耗时至少为10微秒以上；而在本源量子测控一体机中，信号在FPGA中直接处理，即可得到逻辑信息，全过程耗时仅为200ns。因此，量子程序的执行速度的大幅提高。

他说，目前，全世界没有任何商用仪器能达到如此快的处理速度。

量子计算机控制系统示意图

此外，与商用仪器互连相比，本源量子测控一体机彻底去除低俗冗长的通信线路，避免了指令和数据的传输滞留，使得整个系统的响应速度从纳秒级提升至皮秒级，大幅提升了系统的整体性能。

同时，为了便于用户的操作，本源量子测控一体机上位机终端特别提供了一款专用软件，用于提高量子程序编写效率，用户可直接在触屏面板上进行操作。同时，该量子测控一体机附带Python开放编程环境，支持用户实现更多自定义的编程设计。

孔伟成表示，未来本源量子研发团队将对量子测控一体机进行持续改进升级，使其向着集成度更高、信号指标更高、模块化独立产品、量子计算机汇编语言等多个方向优化，并满足更多位数量子芯片的测控需求。

郭光灿院士怎么说？

发布会上，郭光灿院士表示，除了量子芯片、控制系统外，要研制一台真正有用的量子计算机所需要的量子元素还很多，人们距离量子计算机的真正面世还很遥远，但此次完全自主知识产权的量子计算机控制系统的研制，是“迈向量子计算机重要的一小步”。