桌面型量子计算仪器

　　近日，深圳量旋科技有限公司（SpinQ）以核磁共振为物理平台，发布了重量不超过60的内置2比特的桌面量子计算仪器原型机kg，向公众展示可以放置在个人桌面上的量子计算仪器。该原型提供了演示量子计算原理和实现各种自定义量子算法的功能，显示了在小型核磁谱仪上进行量子计算的可行性，在量子计算的推广中起着主导作用。

　　量旋科技（SpinQ）深圳量子科学与工程研究院是一家致力于量子计算机商业化和普及的高科技公司（SIQSE）该团队由清华大学、中国科技大学、南方科技大学和加拿大滑铁卢大学的许多量子计算领域的专家组成。

　　原型配置的桌面端量子控制软件主要包括初级（内置案例学习）、高级（定制量子线）、量子知识点介绍、量子游戏和量子论坛模块。

　　初级(内置案例学习):内置多个量子计算算法实例和案例解释，包括初始计算，Bell态和Deutsch国家制备，比特寿命测量，Grover搜索算法，DJ算法等。

　　先进（自定义量子线）：用户可以使用不同的量子操作门模块进行组合，执行用户自定义算法。

　　量子知识点介绍：为用户提供入门级量子计算相关介绍。如量子比特、量子操作、量子算法、量子测量和量子计算机的概念学习。

　　量子游戏和量子论坛:公司目前正在开发这两个模块,希望用户能理解量子计算的规则通过玩游戏,丰富学习量子计算的乐趣;用户也可以反馈和交流量子论坛模块,我们有一个高级量子计算专家团队。

　　SpinQuasar具体展示操作过程和结果，帮助用户实时了解量子态演化过程，降低用户学习量子计算的门槛，提高使用量子计算仪器的体验:

　　产品特点和定位：公司推出的原型可以携带，也可以放在桌面上，具有体积小、阈值低、稳定性好等独特优势。原型机包含量子计算的所有元素，操作简单，非常适合大学、中学等地方的量子计算教学。目前，清华大学、中国科技大学、南方科技大学等大学的学生使用SpinQuasar获得了量子计算的初步经验。在桌面设备上实现一般量子门集合（即单门和两门组合）意味着桌面量子计算机也可以成为公司、大学、研究机构开展量子计算研究实验平台，与平方创意教育技术（北京）有限公司就量子夏令营达成合作协议。原型的发布显示，小型仪器具有巨大的量子计算潜力，将在量子计算的推广中发挥重要作用，并希望在未来进一步小型化仪器。

　　联合发布可开放控制层PCloudQ

　　以前，量旋科技SpinQ它还与深圳量子科学与工程研究所合作，共同发布了世界上第一个开放控制层的核磁共振量子计算云平台PCloudQ（http://quantumworld.sustc.edu.cn/)。平台(简称PCQ）它拥有四个量子比特，不仅具有世界上大多数主流量子云平台提供的功能，而且是世界上第一个具有开放控制层的量子计算云平台。除了为用户提供基本的量子逻辑门外，还包括任意角度的单比特旋转和双比特控制非门（CNOT），交换门（SWAP）等以外，PCQ底层控制层也被打开，允许用户独立设计量子控制脉冲形状。量子计算控制层的核心是系统控制脉冲的设计和优化，需要综合考虑时间优化，减少系统误差，抵抗环境噪声等问题户能够从更基本的层面理解实际量子计算系统的操作规则。

　　核磁共振量子计算原理

　　核磁共振（NuclearMagneticResonance，NMR）最早由Purcell和Bloch1946年发现，在外部磁场下，样品中的磁性原子核极化，吸收电磁波能量后，在不同能级之间发生共振跳跃，从而产生共振吸收和发射信号。核磁共振被广泛应用，如研究液体和固体分子的动力学性质；确定分子结构；利用磁共振成像技术判断人体病变等。核磁共振是量子计算中一个重要的实验平台。1997年，IsaacChuang第一次使用核磁共振成功实现量子计算。到目前为止，核磁共振系统也是量子算法演示最多的平台。

　　在核磁共振量子计算中，量子比特是静磁场中的核自旋。比特的0和1是自旋向上和向下两种状态。射频电磁波实现单比特量子门操作。在静磁场中，射频电磁波的频率与核自旋的拉莫频率相同，用于控制核自旋在0和1之间的转换。不同核自旋的进动频率不同，因此可以实现单比特的独立控制，即可以找到。利用不同核自旋之间自然存在的磁耦合结合射频电磁波，实现了两比特量子门操作。通过单⽐特逻辑门和两个⽐任意量子算法可以通过特殊逻辑门的组合来实现。量子算法的运行结果包含在系统演化的最终状态中，可以通过收集系统磁化矢量在检测线圈中产生的感应电流信号来推断系统的状态。清华大学、中国科技大学、南方科技大学和加拿大滑铁卢大学在核磁共振量子计算领域处于世界领先地位。然而，这些世界领先的实验室在核磁共振量子计算中使用大型超导磁体，H核的频率是几百兆赫兹量级。这些大型超导磁体具有实验条件恶劣（需要液氦和液氮）、体积大、维护成本高等特点，不适合商业化和量子计算普及。

　　关于量旋科技（SpinQ）

　　量旋科技SpinQ提出了量子计算机桌面的目标：创建一个小的量子计算仪器，体积小，重量轻，在室温下工作，成本低，维护方便，控制简单，易于理解。与超导核磁共振谱仪不同，小型核磁共振谱仪基于永磁体和集成电路技术，可以满足上述许多要求。到目前为止，数量旋转技术SpinQ改造商用永磁体小型核磁共振谱仪，使其满足核磁量子计算机的要求：具有任意脉冲序列生成功能，实现任意量子算法；精确的时间控制能力，同时精确控制多个比特；较高的磁场均匀性，以获得较长的量子状态寿命等。在改进硬件的同时，还开发了相应的量子控制和应用软件。硬件和软件的结合实现了一个桌面量子计算原型，内置了两个量子比特。原型不仅可以演示量子态、量子叠加、状态演化等基本量子力学概念，还可以展示量子计算机的基本原理，演示各种量子计算算法。

　　量旋科技SpinQ我们将继续致力于核磁共振桌面量子计算机的自主研发，包括磁体的小型化、磁场均匀性的提高、控制电路的集成等。PCQ根据经验，公司还将推出基于其他平台的通用量子计算云平台，促进量子计算的科学研究、教学、推广和商业化。我希望在不久的将来，桌面量子计算仪器可以进入成千上万的家庭。