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3月28日，啟科量子宣布在離子陷阱量子計算機工程研發方面取得重大技術進展，并發布了中國第一具有自主知識產權的產品ARTIQ架構量子測控系統(QuSoil)。

開放市場定制的第一批產品包括：邏輯門指令編譯模塊FPGA中央處理模塊、下功能組件(數字脈沖I/O模塊和數字頻率合成模塊)。AbaQ(天算一號)百比特離子陷阱量子計算機的集成整合必將大大加快啟科JauchQuartz代理量子計算機的工程化和商業化進程。

啟科量子還宣布，數字模擬轉換模塊、模擬數字轉換模塊、任何波形模塊、微波信號模塊、射頻功率放大模塊、芯片陷阱接口模塊等組件也進入工程定型階段，將于年底開放市場定制。

量子計算作為打破摩爾定律、實現計算能力指數增長的新興技術，正成為世界主要國家競爭的焦點。量子比特是量子計算機的基本信息單元，經典光電控制系統是連接真實經典信息系統和量子比特系統的界面，量子比特在經典光電控制系統的后端工作，雙方的關系就像航空發動機和飛行控制系統，引導前者的方向，護送。以光電測控為核心的量子測控系統是量子計算機的核心設備之一，是量子計算處理器穩定運行的重要保證。

在許多實現量子測控系統的方案中，ARTIQ (Advanced Real-Time Infrastructure for Quantum physics，先進的量子物理實時基礎設施)脫穎而出，可用于量子信息實驗的前沿控制和數據采集系統。ARTIQ該架構是世界上最先進、應用最廣泛的量子測控系統，已部署在杜克、馬里蘭、MIT、在著名大學和量子物理研究機構的實驗室中，牛津和哈佛，也在美國Sandia作為量子測控系統的基本架構，國家實驗室。

ARTIQ系統最初是由的NIST(美國國家標準與技術研究院)Ion Storage由著名原子物理學家、2012年諾貝爾物理學獎得主(離子存儲)研究組開發的Dave Wineland領導。他在原子物理研究中的一系列科學成就包括：使用離子陷阱準確測量電子自旋g因子（諾貝爾獎），第一次實現激光多普勒冷卻，第一次使用離子陷阱CNOT邏輯門。利用ARTIQ架構，NIST量子物理研究小組不僅控制了世界上最準確的原子鐘，而且保持了世界上最高量子體積(Quantum Volume)(>量子計算機運行100萬)。

啟科量子通過此次發布ARTIQ通用量子計算機測控系統提出了五個基本標準(即五大挑戰):

● 能夠以極其生成至少100量級的數字和模擬信號，并確保相位相關性；

● 量子糾錯方案中的測量和控制可以通過非常低的反應延遲來完成；

● 能夠處理結構復雜的量子邏輯門協議，實現一般量子算法；

● 能滿足靈活部署和可編程的需要，適應不斷改進的實驗硬件；

● 為了適應分布式和多平臺環境，可以滿足硬件、驅動程序和數據分析軟件的多樣性需求。

研發高效、穩定、易控、可靠的量子計算測控系統是應對這五大挑戰的必然選擇。目前，離子陷阱、中性原子、超導、半導體等多流派并行發展。然而，大多數測控系統只能應用單一技術，無法實現跨境研發，這顯然會延長科研時間，增加成本投資。因此，研發一般平臺框架是業界關注的焦點之一。ARTIQ測控系統是目前唯一有望建立通用平臺框架的系統。

ARTIQ目前，以開源為解決方案提供給全球研究界GitHub上由M-Labs、QUARTIQ、NIST維護等組織。世界各地的100多個實驗室都被采用了ARTIQ作為他們的控制系統。ARTIQ測控系統不僅用于離子陷阱、里德堡原子等原子量子計算機，還迅速擴展到超導量子、硅基量子點等量子計算機系統，以及冷原量子陀螺、重力梯度儀、量子磁力儀等量子傳感系統。

業內普遍認為ARTIQ該架構將成為下一代量子網絡基本物理測控系統的重要候選人，集通信、計算和傳感于一體。但是目前ARTIQ硬件市場供應由M-Labs和QUARTIQ壟斷，國內企業在相關知識產權和作權方面仍存在差距。未來，量子計算的國際合作將嚴重阻礙國內機構的利用ARTIQ量子測控系統的架構開發。

2017年，啟科量子首席科學家、中山大學羅樂教授發起并組織了亞太地區第一次監禁量子系統會議ARTIQ以開源架構為基礎，開發具有完全自主知識產權的國產量子測控系統。會議被邀請M-Labs首席執行官Sebastien Bourdeauducq對ARTIQ深入介紹了架構。此后，中山大學、清華大學、中國科技大學、中國科學院精密測量學院、南方科技大學、國防科技大學、北航儀器等單位采用ARTIQ作為量子測控系統，架構。

QuSoil又稱量子土，由啟科量子開發ARTIQ啟科量子首先應用于正在開發的架構量子測控系統AbaQ百比特離子陷阱通用量子計算機將連接到科學研發QuRoot離子陷阱量子計算機中的所有光電設備(量子根莖:通用量子服務驅動庫)。建立該系統的目的是打破外國公司的壟斷，開發中國獨立知識產權的量子控制系統。簡單來說，QuSoil與ARTIQ結構之間的關系就像銀河麒麟與銀河麒麟的關系Linux操作系統。

QuSoil該設計具有高度的可移植性、多系統兼容性和升級擴展性，保證了非實時設備運行時系統的穩定性。QuSoil人機交互界面為實驗、設備、參數和結果提供了圖形用戶界面、實驗調度系統和數據庫。Python、Migen、MiSoC/mor1kx、LLVM 和 Llvmlite。邏輯門指令編譯模塊，FPGA中央處理模塊和下同時，中央處理模塊和下功能組件三個測控模塊確保了各司其職，構建了高可靠性、高效率、高速度的測控系統。同時，QuSoil與國外公司相比，同等技術參數硬件的預估價格也將大大降低。

假如說離子陷阱芯片是量子計算機的大腦QuSoil這是量子計算機的神經。對于過去和今天的量子計算機研發來說，芯片和測控系統主要在美國處于領先地位，相當于把自己的大腦和神經交給別人，這無疑是一件非常致命的事情，所以QuSoil肩負著啟科量子研發過程中極其重要的使命。

啟科量子與中山大學聯合攻關QuSoil該系統能夠滿足自身、高校和科研機構對量子計算的研發需求，標志著國內企業已經掌握了基于量子計算的研發需求ARTIQ量子測控架構的核心知識產權填補了國內ARTIQ測控系統的技術和產品空白。QuSoil該系統為中國自主可控量子計算機測控系統注入了強心劑，大大提高了中國量子企業在國際市場競爭中的話語權。啟科QuSoil測控系統的商業化將極大地促進國內相關領域量子技術的研發，特別是對國防軍事和國家安全領域量子測控技術的需求具有重要的戰略意義。

目前，QuSoil測控系統包括邏輯門指令編譯模塊，FPGA三個模塊：中央處理模塊和下功能組件QuSoil系統框架構圖。

QuSoil系統框架構圖

模塊1：邏輯門指令編譯模塊

邏輯門指令編譯模塊ARTIQ測控系統的主控中心相當于測控系統的大腦。測控系統能否有序高效地運行，完全取決于邏輯門指令編譯是否合理準確。邏輯門指令編譯模塊的功能不僅包括量子計算機底部硬件的控制，還包括與應用算法層的連接，因此邏輯門指令編譯模塊可以滿足不同操作對象的使用需求。量子實驗者的需求點是靈活配置底部硬件的信號和時間順序，以滿足其對實驗的需求；量子程序員對硬件的底部邏輯不感興趣，需要提前配置底部硬件參數，直接通過特殊方式API進行調用。

邏輯門指令編譯模塊的完全獨立和可控的研發使啟克量子能夠根據用戶的需要進行定制的設計和配置。同時，啟克量子實現了邏輯門指令編譯模塊底部硬件參數的迭代優化，確保了硬件功能需求的持續發展。

模塊二：FPGA中央處理模塊

FPGA中央處理模塊是邏輯門指令編譯模塊和下功能組件之間的橋梁。其主要功能是讀取邏輯門指令編譯模塊傳輸的硬件時間序列信號并識別，然后根據時間序列的嚴格處理要求，在特定時間控制多個功能板卡輸出電信號。FPGA支持中央處理模塊DRTIO(Distributed Real Time Input/Output，該協議保證了邏輯門指令編譯模塊之間的分布式實時輸入/輸出協議ns同步精度(納秒)級，讓多個FPGA根據需要，中央處理模塊聯合工作和下級功能組件可以隨意增減。這是啟科量子的選擇FPGA作為測控系統硬件指揮中心的主要原因。

在實際應用中，FPGA中央處理模塊可以為R&D客戶提供更多的選擇，如開發具有特殊功能的下功能板卡，客戶可以通過與啟科量子的合作，將板卡定制化為實驗控制系統。

模塊3:下功能組件數字脈沖I/O數字頻率合成模塊

下功能組件的主要功能是接受FPGA中央處理模塊的控制指令，并輸出特定類型的電信號。測控系統作為測控系統的底層硬件，需要不同的功能，數字脈沖是離子陷阱量子計算機中需要實現的功能I/O模塊”(TTL)、數字頻率合成模塊(DDS)、模擬數字轉換模塊(ADC)、數字模擬轉換模塊(DAC)、GHz級微波源模塊，任意波形發生模塊(AWG)、射頻功率放大模塊

在本次發布的下位功能組件中，DDS其信號質量將直接影響量子邏輯門的操作。TTL板卡的主要功能是實現快速通斷操作，方便實驗者在短時間內進行數千次實驗。同時，量子比特相關時間有限，所有邏輯門操作都需要在短時間內快速完成，從而實現快速通斷操作TTL它是不可或缺的。此外，TTL可用作探測量子比特狀態的輸入端口。

未來，啟科量子將陸續發布下級功能組件的板卡化和集成ADC、DAC、微波源、AWG等待硬件。下功能組件的日益完善，將為啟科量子分布式離子陷阱量子計算機的研發打下堅實的基礎。