近日，深圳量旋科技有限公司（SpinQ）以核磁共振為物理平臺(tái)，發(fā)布了重量不超過60的內(nèi)置2比特的桌面量子計(jì)算儀器原型機(jī)kg，向公眾展示可以放置在個(gè)人桌面上的量子計(jì)算儀器。該原型提供了演示量子計(jì)算原理和實(shí)現(xiàn)各種自定義量子算法的功能，顯示了在小型核磁譜儀上進(jìn)行量子計(jì)算的可行性，在量子計(jì)算的推廣中起著主導(dǎo)作用。

　　量旋科技（SpinQ）深圳量子科學(xué)與工程研究院是一家致力于量子計(jì)算機(jī)商業(yè)化和普及的高科技公司（SIQSE）該團(tuán)隊(duì)由清華大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、南方科技大學(xué)和加拿大滑鐵盧大學(xué)的許多量子計(jì)算領(lǐng)域的專家組成。

　　原型配置的桌面端量子控制軟件主要包括初級(jí)（內(nèi)置案例學(xué)習(xí)）、高級(jí)（定制量子線）、量子知識(shí)點(diǎn)介紹、量子游戲和量子論壇模塊。

　　初級(jí)(內(nèi)置案例學(xué)習(xí)):內(nèi)置多個(gè)量子計(jì)算算法實(shí)例和案例解釋，包括初始計(jì)算，Bell態(tài)和Deutsch國(guó)家制備，比特壽命測(cè)量，Grover搜索算法，DJ算法等。

　　先進(jìn)（自定義量子線）：用戶可以使用不同的量子操作門模塊進(jìn)行組合，執(zhí)行用戶自定義算法。

　　量子知識(shí)點(diǎn)介紹：為用戶提供入門級(jí)量子計(jì)算相關(guān)介紹。如量子比特、量子操作、量子算法、量子測(cè)量和量子計(jì)算機(jī)的概念學(xué)習(xí)。

　　量子游戲和量子論壇:公司目前正在開發(fā)這兩個(gè)模塊,希望用戶能理解量子計(jì)算的規(guī)則通過玩游戲,豐富學(xué)習(xí)量子計(jì)算的樂趣;用戶也可以反饋和交流量子論壇模塊,我們有一個(gè)高級(jí)量子計(jì)算專家團(tuán)隊(duì)。

　　SpinQuasar具體展示操作過程和結(jié)果，幫助用戶實(shí)時(shí)了解量子態(tài)演化過程，降低用戶學(xué)習(xí)量子計(jì)算的門檻，提高使用量子計(jì)算儀器的體驗(yàn):

　　產(chǎn)品特點(diǎn)和定位：公司推出的原型可以攜帶，也可以放在桌面上，具有體積小、閾值低、穩(wěn)定性好等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。原型機(jī)包含量子計(jì)算的所有元素，操作簡(jiǎn)單，非常適合大學(xué)、中學(xué)等地方的量子計(jì)算教學(xué)。目前，清華大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、南方科技大學(xué)等大學(xué)的學(xué)生使用SpinQuasar獲得了量子計(jì)算的初步經(jīng)驗(yàn)。在桌面設(shè)備上實(shí)現(xiàn)一般量子門集合（即單門和兩門組合）意味著桌面量子計(jì)算機(jī)也可以成為公司、大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)開展量子計(jì)算研究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，與平方創(chuàng)意教育技術(shù)（北京）有限公司就量子夏令營(yíng)達(dá)成合作協(xié)議。原型的發(fā)布顯示，小型儀器具有巨大的量子計(jì)算潛力，將在量子計(jì)算的推廣中發(fā)揮重要作用，并希望在未來進(jìn)一步小型化儀器。

　　聯(lián)合發(fā)布可開放控制層PCloudQ

　　以前，量旋科技SpinQ它還與深圳量子科學(xué)與工程研究所合作，共同發(fā)布了世界上第一個(gè)開放控制層的核磁共振量子計(jì)算云平臺(tái)PCloudQ（http://quantumworld.sustc.edu.cn/)。平臺(tái)(簡(jiǎn)稱PCQ）它擁有四個(gè)量子比特，不僅具有世界上大多數(shù)主流量子云平臺(tái)提供的功能，而且是世界上第一個(gè)具有開放控制層的量子計(jì)算云平臺(tái)。除了為用戶提供基本的量子邏輯門外，還包括任意角度的單比特旋轉(zhuǎn)和雙比特控制非門（CNOT），交換門（SWAP）等以外，PCQ底層控制層也被打開，允許用戶獨(dú)立設(shè)計(jì)量子控制脈沖形狀。量子計(jì)算控制層的核心是系統(tǒng)控制脈沖的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，需要綜合考慮時(shí)間優(yōu)化，減少系統(tǒng)誤差，抵抗環(huán)境噪聲等問題戶能夠從更基本的層面理解實(shí)際量子計(jì)算系統(tǒng)的操作規(guī)則。

　　核磁共振量子計(jì)算原理

　　核磁共振（NuclearMagneticResonance，NMR）最早由Purcell和Bloch1946年發(fā)現(xiàn)，在外部磁場(chǎng)下，樣品中的磁性原子核極化，吸收電磁波能量后，在不同能級(jí)之間發(fā)生共振跳躍，從而產(chǎn)生共振吸收和發(fā)射信號(hào)。核磁共振被廣泛應(yīng)用，如研究液體和固體分子的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)；確定分子結(jié)構(gòu)；利用磁共振成像技術(shù)判斷人體病變等。核磁共振是量子計(jì)算中一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。1997年，IsaacChuang第一次使用核磁共振成功實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算。到目前為止，核磁共振系統(tǒng)也是量子算法演示最多的平臺(tái)。

　　在核磁共振量子計(jì)算中，量子比特是靜磁場(chǎng)中的核自旋。比特的0和1是自旋向上和向下兩種狀態(tài)。射頻電磁波實(shí)現(xiàn)單比特量子門操作。在靜磁場(chǎng)中，射頻電磁波的頻率與核自旋的拉莫頻率相同，用于控制核自旋在0和1之間的轉(zhuǎn)換。不同核自旋的進(jìn)動(dòng)頻率不同，因此可以實(shí)現(xiàn)單比特的獨(dú)立控制，即可以找到。利用不同核自旋之間自然存在的磁耦合結(jié)合射頻電磁波，實(shí)現(xiàn)了兩比特量子門操作。通過單?特邏輯門和兩個(gè)?任意量子算法可以通過特殊邏輯門的組合來實(shí)現(xiàn)。量子算法的運(yùn)行結(jié)果包含在系統(tǒng)演化的最終狀態(tài)中，可以通過收集系統(tǒng)磁化矢量在檢測(cè)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流信號(hào)來推斷系統(tǒng)的狀態(tài)。清華大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、南方科技大學(xué)和加拿大滑鐵盧大學(xué)在核磁共振量子計(jì)算領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。然而，這些世界領(lǐng)先的實(shí)驗(yàn)室在核磁共振量子計(jì)算中使用大型超導(dǎo)磁體，H核的頻率是幾百兆赫茲量級(jí)。這些大型超導(dǎo)磁體具有實(shí)驗(yàn)條件惡劣（需要液氦和液氮）、體積大、維護(hù)成本高等特點(diǎn)，不適合商業(yè)化和量子計(jì)算普及。

　　關(guān)于量旋科技（SpinQ）

　　量旋科技SpinQ提出了量子計(jì)算機(jī)桌面的目標(biāo)：創(chuàng)建一個(gè)小的量子計(jì)算儀器，體積小，重量輕，在室溫下工作，成本低，維護(hù)方便，控制簡(jiǎn)單，易于理解。與超導(dǎo)核磁共振譜儀不同，小型核磁共振譜儀基于永磁體和集成電路技術(shù)，可以滿足上述許多要求。到目前為止，數(shù)量旋轉(zhuǎn)技術(shù)SpinQ改造商用永磁體小型核磁共振譜儀，使其滿足核磁量子計(jì)算機(jī)的要求：具有任意脈沖序列生成功能，實(shí)現(xiàn)任意量子算法；精確的時(shí)間控制能力，同時(shí)精確控制多個(gè)比特；較高的磁場(chǎng)均勻性，以獲得較長(zhǎng)的量子狀態(tài)壽命等。在改進(jìn)硬件的同時(shí)，還開發(fā)了相應(yīng)的量子控制和應(yīng)用軟件。硬件和軟件的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了一個(gè)桌面量子計(jì)算原型，內(nèi)置了兩個(gè)量子比特。原型不僅可以演示量子態(tài)、量子疊加、狀態(tài)演化等基本量子力學(xué)概念，還可以展示量子計(jì)算機(jī)的基本原理，演示各種量子計(jì)算算法。

　　量旋科技SpinQ我們將繼續(xù)致力于核磁共振桌面量子計(jì)算機(jī)的自主研發(fā)，包括磁體的小型化、磁場(chǎng)均勻性的提高、控制電路的集成等。PCQ根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，公司還將推出基于其他平臺(tái)的通用量子計(jì)算云平臺(tái)，促進(jìn)量子計(jì)算的科學(xué)研究、教學(xué)、推廣和商業(yè)化。我希望在不久的將來，桌面量子計(jì)算儀器可以進(jìn)入成千上萬(wàn)的家庭。