“一站式”量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)平臺(tái)——底層操作全面開(kāi)放，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀可見(jiàn)

“一站式”量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

底層操作全面開(kāi)放，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀可見(jiàn)

      量子計(jì)算的快速發(fā)展，帶動(dòng)了對(duì)量子人才的極大需求，同時(shí)也刺激了量子教育市場(chǎng)在過(guò)去幾年的蓬勃發(fā)展。面對(duì)人才師資短缺、教具設(shè)備昂貴、體積龐大且維護(hù)成本高等現(xiàn)狀，許多高校和相關(guān)機(jī)構(gòu)，都對(duì)理想的量子計(jì)算教具和教案，提出了更多期待。

      面向量子教育市場(chǎng)，量旋科技在2020年發(fā)布了全球首款能夠放置于桌面的核磁量子計(jì)算機(jī)——“雙子座”，隨后又陸續(xù)推出體積更為小巧便攜的——“雙子座Mini”、“三角座Mini”和“雙子座MiniPro”。通過(guò)對(duì)核磁共振技術(shù)的探索式創(chuàng)新，我們將量子計(jì)算的功能，集成在類似迷你打印機(jī)大小的輕巧機(jī)身內(nèi)，真正讓量子計(jì)算機(jī)做到了“觸手可及”。

      憑借體積小、重量輕、免維護(hù)、易操作等優(yōu)點(diǎn)，小型化量子計(jì)算機(jī)系列產(chǎn)品，能夠?yàn)槔蠋熀涂蒲泄ぷ髡咛峁┍憬莸牧孔佑?jì)算教學(xué)和演示的解決方案，一經(jīng)推出便迅速收獲了行業(yè)用戶的青睞，持續(xù)拓展到全球五大洲30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。

      隨著需求的深入，許多用戶不僅希望有一套適用于課堂環(huán)境的教學(xué)設(shè)備，同時(shí)還對(duì)設(shè)備的操作性和交互性有了更高的要求。

“一站式”量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

底層操作全面開(kāi)放，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀可見(jiàn)

      為了讓用戶在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中有更加開(kāi)放的操作交互體驗(yàn)，量旋科技打造了專注于實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)景的量子計(jì)算平臺(tái)——“雙子座Lab”。

      通過(guò)將量子計(jì)算的全過(guò)程，設(shè)計(jì)成“一站式”的開(kāi)放交互體驗(yàn)，“雙子座Lab”能夠讓用戶通過(guò)真實(shí)參與實(shí)驗(yàn)底層操作的每個(gè)步驟，真正體驗(yàn)從認(rèn)識(shí)量子系統(tǒng)、測(cè)量量子系統(tǒng)，到控制量子系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算任務(wù)的完整過(guò)程。

用戶可以通過(guò)自定義操作

設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)初態(tài)制備和量子邏輯門的底層脈沖

      舉例來(lái)說(shuō)，核磁量子計(jì)算機(jī)的基本原理，是以樣品試劑中原子核的自旋屬性，作為量子比特的載體來(lái)完成量子態(tài)的制備，并利用射頻脈沖信號(hào)的發(fā)射，操縱和讀取量子比特狀態(tài)，進(jìn)而完成相關(guān)的量子計(jì)算任務(wù)。

      過(guò)往，這個(gè)過(guò)程更像是一個(gè)“黑盒子”：用戶只能通過(guò)有限的量子線路設(shè)計(jì)、在操作界面上看到計(jì)算任務(wù)的最終結(jié)果，而無(wú)法觀測(cè)像量子態(tài)創(chuàng)建和量子比特操控等完整量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程。

      不同于以往其他真機(jī)教學(xué)產(chǎn)品和模擬器教學(xué)產(chǎn)品，“雙子座Lab”采用全新的敞開(kāi)式機(jī)箱設(shè)計(jì)，用戶可以直觀看到實(shí)驗(yàn)樣品、磁體模塊、勻場(chǎng)控制模塊、射頻控制模塊、主控模塊等重要內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以讓學(xué)生們?cè)谡鎸?shí)的實(shí)踐中，了解量子計(jì)算相關(guān)的知識(shí)和原理，而不是像過(guò)去要依靠想象來(lái)理解那些抽象的概念。

      通過(guò)“雙子座Lab”，用戶可以直接操作控制射頻脈沖的強(qiáng)度和頻率，并通過(guò)可視化的界面，觀測(cè)樣本中原子核的狀態(tài)及處于量子態(tài)的程度，測(cè)試如何操縱量子比特來(lái)執(zhí)行計(jì)算任務(wù)，從而幫助學(xué)生更直觀深入地了解量子計(jì)算的基本原理、技術(shù)和應(yīng)用。

用戶可以通過(guò)可視化界面

觀測(cè)理解量子比特的物理圖像

全棧式大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程解決方案

教師開(kāi)箱即用，學(xué)生開(kāi)箱即學(xué)

      作為一款更加專注實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的核磁量子計(jì)算平臺(tái)，“雙子座Lab”特別針對(duì)大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，涵蓋了明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)康�、�?shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，能夠直接適配物理實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)、研究型物理實(shí)驗(yàn)等現(xiàn)有的高校實(shí)驗(yàn)課程，真正做到“教師開(kāi)箱即用，學(xué)生開(kāi)箱即學(xué)”。

通過(guò)配置全棧式的量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)課程解決方案，“雙子座Lab”能夠針對(duì)不同階段教學(xué)的需求，提供多樣的實(shí)驗(yàn)課類型。

      例如“雙子座Lab”內(nèi)置的“量子計(jì)算原理實(shí)驗(yàn)”，是一個(gè)從觀測(cè)物理現(xiàn)象、測(cè)量量子參數(shù)，到調(diào)控量子系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算任務(wù)的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程，包括了核磁共振現(xiàn)象與信號(hào)、拉比振蕩、量子比特、量子退相干、量子控制、量子系統(tǒng)初始化、量子邏輯門與量子線路、量子態(tài)重構(gòu)、驗(yàn)證貝爾不等式9個(gè)原理遞進(jìn)、邏輯連貫的子實(shí)驗(yàn)，讓零基礎(chǔ)學(xué)生得以從底層的原理開(kāi)始逐步實(shí)踐量子計(jì)算的過(guò)程。

      而對(duì)于更高水平的需求，“雙子座Lab”還可以針對(duì)具體的應(yīng)用問(wèn)題，通過(guò)圖形化編程和量子編程語(yǔ)言，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)Shor和Grover等多種經(jīng)典量子算法，并在量子系統(tǒng)中從物理底層進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；或者通過(guò)更換實(shí)驗(yàn)樣品、搭配外圍儀器設(shè)備、設(shè)計(jì)脈沖波形、互動(dòng)實(shí)驗(yàn)等方式，學(xué)習(xí)量子模擬、量子精密測(cè)量、量子通訊、自旋磁共振、脈沖調(diào)控技術(shù)等多種量子技術(shù)。

      此外，除了教學(xué)型實(shí)驗(yàn)之外，“雙子座Lab”還能針對(duì)研究型實(shí)驗(yàn)，提供例如量子優(yōu)化算法、量子模擬、優(yōu)化控制等多種半開(kāi)放式探究性課題實(shí)驗(yàn)，亦可作為量子信息的科研實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

      值得一提的是，針對(duì)這些豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，“雙子座Lab”內(nèi)置了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，并附帶理論知識(shí)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟指引，用戶可根據(jù)課程需求以及時(shí)間要求，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行選擇，優(yōu)化了“教”的成本，促進(jìn)了“學(xué)”的效果。

      從四年前第一臺(tái)桌面型核磁量子計(jì)算機(jī)——“雙子座”的問(wèn)世，到兩年前第一臺(tái)便攜式核磁量子計(jì)算機(jī)“雙子座Mini”和相關(guān)系列產(chǎn)品，量旋科技始終堅(jiān)持“以用戶為中心”的導(dǎo)向，從場(chǎng)景和需求出發(fā)、不斷通過(guò)用戶的反饋來(lái)優(yōu)化打磨產(chǎn)品。我們希望，“雙子座Lab”的到來(lái)，能夠?yàn)榱孔佑?jì)算實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)啟新的篇章。未來(lái)，量旋科技也將不斷升級(jí)迭代產(chǎn)品，提供更加完善、高效、易用的量子計(jì)算教學(xué)工具，為更多院校的量子計(jì)算人才培育貢獻(xiàn)力量，助力量子計(jì)算的普惠化。

關(guān)于量旋科技

      量旋科技成立于2018年，是一家致力于量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化和普惠化的一站式解決方案服務(wù)商，在技術(shù)研發(fā)和商業(yè)落地“雙輪驅(qū)動(dòng)”的戰(zhàn)略下，依托超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)、核磁量子計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算云平臺(tái)和應(yīng)用軟件進(jìn)行產(chǎn)業(yè)布局，賦能科研教學(xué)、藥物研發(fā)、金融科技、人工智能等諸多前沿領(lǐng)域，跟合作伙伴共建場(chǎng)景化解決方案，使量子計(jì)算走進(jìn)千行百業(yè)，成為真正的生產(chǎn)力工具。