量子計算、5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算等一同被認為是引領未來的技術趨勢。其中量子調控與量子信息也被認為是第二次量子信息的革命、是德科技基于強大的光電領域測試能力和專用的量子解決方案，近些年來在量子測試領域幫助了很多客戶解決相關測試問題，是德科技獨特的解決方案能夠在量子研發(fā)總成本可控的情況下提升研究效率。是德科技基于可擴展的模塊化架構，使得量子研究解決方案具有高度的可擴展性，全面的控制和測量能力。
近日，是德科技舉辦了網(wǎng)絡研討會，是德科技應用工程師倪勇橋先生和市場經(jīng)理杜吉偉先生分別從技術和市場方面詳細介紹是德科技專用量子計算解決方案詳情。
倪勇橋首先介紹了量子信息學的背景，其次介紹了是德科技在量子信息學方面的準備，第三則是量子計算的專用測試方案的提出。
量子信息學及測試技術概況
倪勇橋表示，量子學并不是普及形科學，所以即便可以會改變未來很多事情，但由于大家的不理解，每個人對于量子學的看法都是不同的，所以可能會對量子學的理解不夠全面。但從是德的角度來看，量子學是一個真真實實的技術，真真實實會改變人類將來的種種技術，包括通信，包括其他一些方面。現(xiàn)在行業(yè)內普遍提出了第二次量子信息革命，這其實包含了對于量子傳統(tǒng)的物理學，在信息學交叉學科中的應用。對于量子信息學來說，目前是包含了三個方向，第一個方向是無條件安全的量子通信，第二個是超快并行的量子計算，解決的是針對特定問題的快速解決方案。第三個是超越經(jīng)典極限的精密測量。
倪勇橋介紹到，目前國內針對量子信息相關學科行業(yè)的支持力度很大，除了傳統(tǒng)科研院所之外，包括阿里百度騰訊等都成立了相應的量子技術研究院。
倪勇橋表示目前量子通訊分為兩個鏈路，第一個鏈路是量子信道，解決的是秘鑰傳輸和產(chǎn)生的問題。密碼傳輸和產(chǎn)生的問題。另外一個鏈路是公共的經(jīng)典電路，用來傳輸信息的。量子通信本質上來說是量子保密通信，可以實現(xiàn)絕對安全的密鑰分發(fā)。目前經(jīng)典協(xié)議包括BB84 BB92等，目前傳輸媒介是光子，可以基于自由空間，也可以基于光纖可以繼續(xù)光纖。
量子通信技術目前主要的設備為量子密鑰分發(fā)器，此外還包括像隨機數(shù)發(fā)生器、單光子源、單光子探測等。而從技術發(fā)展方向來說，為了組建廣域的量子通信網(wǎng)，包括通過光纖實現(xiàn)城域的量子通信，通過量子中繼實現(xiàn)城際的量子通信，通過衛(wèi)星來實現(xiàn)遠距離的量子通行等多種通信方式。
量子計算機的發(fā)展目前可分為三個階段，第一階段是對各種有望實現(xiàn)可擴展量子信息處理的物理體系進行研究，第二階段是高密度、高效率的量子態(tài)制備與相互作用，更多粒子的量子糾纏及更長的相干時間，第三階段則是對特定問題超越經(jīng)典計算極限的量子計算機。目前的研究正處在第一和第二階段。
“為什么要實現(xiàn)更多的粒子糾纏？”倪勇橋解釋道，最重要原因是量子計算機的運行速度和量子比特位的位數(shù)呈現(xiàn)指數(shù)關系，比特數(shù)增加一倍，量子計算速度就會增加一倍，同時只有在相干糾纏中，才可以稱之為量子計算。
所以在量子系統(tǒng)中，需要越來越多的物理比特，也就是需要靈活的實驗平臺，可以組合各種各樣的通道。
倪勇橋表示，是德科技已經(jīng)專門成立了量子測試技術事業(yè)部，在該事業(yè)部中，會專門針對量子相關的一些測試需求，提出相應的測試方案。同時是德科技收購了在量子相關領域非常有經(jīng)驗的公司Signadyne，這家公司來自ICFO，是西班牙專門從事光學量子通信研究的研究院。通過結合是德科技在射頻微波及數(shù)字領域的技術，雙方的結合可以給量子信息領域帶來更多合作可能。
目前是德科技與全球量子信息研究相關合作一覽。
量子計算系統(tǒng)要求及測試需求
倪勇橋分析了量子計算具體要求，劃分為五層，物理層，控制層，電路層，算法層和邏輯層。是德科技關心的其實是在控制層，控制層是為了實現(xiàn)量子芯片的最優(yōu)化控制和讀取，只有控制部分做好，才能夠使得整個量子計算機整個性能有較大保證。在整個控制過程中靈活的控制才可以去實現(xiàn)量子計算機的各種各樣的邏輯門。另外對于量子計算機的控制層的測試需求來說，目前整體需求會分為接收探測和控制需求。一般的研發(fā)的過程也都是從單個比特往多個比特走。同時測試需求需要由邏輯反饋能力，可以糾錯，同時增加反饋能力。
倪勇橋介紹了迪文森佐判據(jù)，該判據(jù)是目前大家對于量子計算機能不能成為一個量子計算機或者潛在量子計算機的一個非常重要的判據(jù)。判據(jù)首先要求要有量子態(tài)，同時要能夠制備出它的初態(tài)，一個相對穩(wěn)定的初態(tài)，要有盡可能長的相干時間，要有控制能力，保護能力，高質量的讀取能力，嚴格的時序等。
倪勇橋表示，對應到測試系統(tǒng)來說，首先要有更高的信號質量，同時也要保證各個通道的相干性，此外需要由有非常高的同步性能和時序性能，以及更好的可擴展性，使得對于多比特的測試更加順利。同時量子測試系統(tǒng)需要更高可靠性，支持長時間運作以及提供校準功能。
量子計算系統(tǒng)的具體要求
是德科技專用量子計算測試平臺
倪勇橋表示，是德科技針對量子計算，有可擴展的PXIe方案，AXIe AWG任意波發(fā)生器以及各種臺式儀表。
是德科技完整的量子計算相關測試產(chǎn)品
這些完整的產(chǎn)品線，可以滿足幾乎所有的量子計算相關需求。同時，是德科技通過提供超多通道量子計算系統(tǒng)，可以實現(xiàn)成套的量子計算解決方案。其中操控端通過M3202A系列任意波形發(fā)生器+專用上變頻器+QCRT專用校準軟件，實現(xiàn)了最高精度的量子操控信號。而在接收端通過M3102A系列數(shù)據(jù)采集卡+專用下變頻器，可以實現(xiàn)快速判決及反饋。
倪勇橋特別強調了專用信號軟件P5060A，這是量子計算校準軟件，可針對每個通道在其AWG信號帶寬內完成帶寬校準，支持包括本振泄露、鏡像抑制以及各種雜散等。
倪勇橋表示，目前是德科技在軟件平臺上也進行了大量創(chuàng)新，包括支持Python，LabVIEW、MATLAB等控制語言，同時提供了HVI流程管理工具以及圖形化FPGA開發(fā)環(huán)境專業(yè)軟件。
如圖所示，為了滿足量子計算機的需求，是德科技提供了各具優(yōu)勢的產(chǎn)品：
高性能硬件、專業(yè)校準軟件
多通道信號、操控和讀取
HVI、FPGA編程能力
可擴展PXI系統(tǒng)
標準化的產(chǎn)品等特性，滿足量子計算機的種種需求。
Infiniium UXR和M8194A
杜吉偉則介紹了是德科技針對量子通信和量子計算推出的新產(chǎn)品，包括了臺式機Infiniium UXR和PXI的 M8194A系列，“大部分量子計算從業(yè)者會同時擁有這兩套設備。”杜吉偉說道。Infiniium UXR實時示波器，帶寬13GHz到110GHz，它的采樣率到每通道達到256GSa/s的采樣率，ADC采用10位物理位數(shù)，ENOB在13GHz下為6.8個比特，本體噪聲是可以達到150個微幅。這些指標均是目前實時示波器領域的全面突破。對于量子計算這種高精尖的測試，能夠提供更高的精度。
任意波形發(fā)生器既有基帶型任意波形發(fā)生器，也有高速任意波形發(fā)生器。 M8194A最高120GSa/s采樣率，每個模塊四個通道，每個通道同時使用都可以達到120G。
杜吉偉特別指出，普林斯頓大學曾經(jīng)在Nature上發(fā)表過一篇《Direct digital synthesis of microwave waveforms for quantum computing》，這篇文章就是介紹了如何使用是德科技的任意波形發(fā)生器進行量子計算操控測試。
杜吉偉表示，是德科技由于早已和眾多科研機構合作，所以知道現(xiàn)在常用的量子計算測試技術方案，了解現(xiàn)在的測試壁壘，因此也可以給未來從事量子計算測試的相關單位提供意見及建議，少走彎路。
杜吉偉表示，過去的方案都是單臺儀器獨立測試，沒有FPGA的編程能力很不靈活。是德科技通過增加FPGA功能，使得客戶可以自行編程，從而更靈活支持Qbit操控測試測試。
同時，由于過去通道數(shù)量有限，只能堆疊更多儀器，但這樣就會造成連線過長從而引起誤差，所以通道數(shù)對于量子計算測試應用很有幫助。
杜吉偉強調，校準和反饋也是量子計算測量應用中最為需要的一塊，AWG可以吧上變頻鏡像抑制等誤差全部自動濾除，讓測試更準確。同時AWG和分析儀獨立搭建，兩者是不具備反饋關系的，需要在分析儀根據(jù)分析結果做一些算法再回饋到AWG上，否則很多測試是無法進行的。
開放性也是很有必要的，因為不同用戶算法不一樣，所以要開放FPGA。同時，支持廣泛的硬件可擴展性，以滿足更多比特測試要求，所以PXI模塊非常適合。
杜吉偉最后還特別介紹了是德科技的研發(fā)架構，為三重研發(fā)架構，最高層是Keysight Lab，中央實驗室，它已經(jīng)開始投入研發(fā)未來量子計算機的一些相關的技術,另外的研發(fā)中心負責的是將前沿技術產(chǎn)品化，實現(xiàn)真正的商業(yè)需求。而解決方案中心則是負責滿足客戶及市場的需求，解決客戶的工程痛點。
除此之外，通過收購量子測試公司，進一步完善了測試方案。
此外是德科技的量子計算測試方案不僅僅是通用的，更多的是針對量子計算，開發(fā)出專用的測試方案，比如專業(yè)的測試系統(tǒng)的校準能力等。
不夸張的說，如果你有量子計算/量子通信測試需求的話，找是德科技就夠了。