近日，國(guó)內(nèi)首臺(tái)模塊化離子阱量子計(jì)算工程機(jī)“天算1號(hào)”已問世，該工程機(jī)由啟科量子研制。天算1號(hào)通過總體設(shè)計(jì)和集成開發(fā)，完成量子計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)模塊化、操作便捷化。支持量子開發(fā)人員通過編程完成操控，實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)走出物理實(shí)驗(yàn)室，加快離子阱量子計(jì)算機(jī)商用化進(jìn)程。

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在研發(fā)人員的引導(dǎo)與講解中，記者參觀了天算1號(hào)。它采用集成一體化測(cè)控界面，通過該界面完成所有設(shè)備的操控。天算1號(hào)到底具有怎樣的“特異”功能呢？一起來揭開它的神秘面紗。

圖 天算1號(hào)工程機(jī)外觀

據(jù)啟科量子計(jì)算研發(fā)副總裁韓琢介紹，天算1號(hào)主要由四個(gè)系統(tǒng)組成，包括離子阱系統(tǒng)、工作環(huán)境系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)。它采用鐿（Yb 171）離子作為量子比特，這種稀土金屬在我國(guó)便有產(chǎn)出，不易被國(guó)外“卡脖子”。經(jīng)過離化的鐿離子被囚禁在空間電場(chǎng)中，利用低溫真空等環(huán)境保障使離子長(zhǎng)時(shí)間處于穩(wěn)定狀態(tài)，再通過激光實(shí)現(xiàn)對(duì)囚禁離子超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)的操縱，從而實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算。

韓琢表示：“量子計(jì)算的工程化和實(shí)驗(yàn)室成果完全是兩個(gè)級(jí)別的難度，其工程化難度主要體現(xiàn)在精確化、小型化、集成化及大量特殊器件定制等。為了滿足未來商業(yè)化的需求，啟科量子在天算1號(hào)在研制過程中投入了大量人力和物力用于設(shè)計(jì)、試錯(cuò)、試驗(yàn)等?！彼€向記者介紹了天算1號(hào)的幾大亮點(diǎn)：

研發(fā)工程化

由于離子阱量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)人員需要具有交叉學(xué)科技術(shù)儲(chǔ)備，而目前國(guó)內(nèi)外這類復(fù)合型人才非常短缺。啟科量子在天算1號(hào)的整體設(shè)計(jì)上將離子阱量子計(jì)算工程機(jī)分為四大系統(tǒng)，使每個(gè)系統(tǒng)以單一學(xué)科技術(shù)的研發(fā)人員為主進(jìn)行研發(fā)，從而大大降低了量子計(jì)算研發(fā)人員的技術(shù)門檻。

測(cè)控集成化

啟科量子的研發(fā)團(tuán)隊(duì)將離子阱量子計(jì)算所需的激光控制、工作環(huán)境控制、設(shè)備控制、過程控制整體集成在一套控制系統(tǒng)中，并通過對(duì)儀器進(jìn)行板卡化設(shè)計(jì)，從而使測(cè)控系統(tǒng)的體積大大縮小、成本降低、控制精度的穩(wěn)定性提高等。

設(shè)計(jì)模塊化

由于目前科研實(shí)驗(yàn)室的量子計(jì)算工程機(jī)都存在裝配難度大的問題，為實(shí)現(xiàn)便捷的工程化安裝，啟科量子的科研團(tuán)隊(duì)對(duì)本工程機(jī)的四大系統(tǒng)分別進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)。而各個(gè)模塊通過插箱方式實(shí)現(xiàn)了與整機(jī)系統(tǒng)上的互聯(lián)，極大提升了模塊更換的靈活性，便于模塊的迭代升級(jí)。

操作便捷化

本工程機(jī)采用人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)，對(duì)每個(gè)系統(tǒng)智能化控制，大大降低了量子計(jì)算機(jī)的操作復(fù)雜性，使過去只能在專業(yè)原子物理實(shí)驗(yàn)室完成的實(shí)驗(yàn)操作化繁為簡(jiǎn)，拓寬了離子阱量子計(jì)算機(jī)的使用范圍。

最后，韓琢向記者介紹啟科量子下一階段重點(diǎn)研究的方向時(shí)表示：“啟科量子將在天算1號(hào)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步著力發(fā)展以“離子-光子”糾纏為基礎(chǔ)的分布式技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)量子計(jì)算機(jī)組網(wǎng)，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)數(shù)千量子比特的分布式運(yùn)算，并在可見的未來實(shí)現(xiàn)分布式量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，使得利用百萬級(jí)別的量子比特來實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算成為可能?！北敬伟l(fā)布的天算1號(hào)是啟科量子在量子計(jì)算工程化方面取得的重大突破，將為日后研制分布式離子阱量子計(jì)算機(jī)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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