2018年10月10日 | 量子计算测试哪家强？是德科技帮您忙

量子计算、5G、物联网、人工智能、云计算等一同被认为是引领未来的技术趋势。其中量子调控与量子信息也被认为是第二次量子信息的革命、是德科技基于强大的光电领域测试能力和专用的量子解决方案，近些年来在量子测试领域帮助了很多客户解决相关测试问题，是德科技独特的解决方案能够在量子研发总成本可控的情况下提升研究效率。是德科技基于可扩展的模块化架构，使得量子研究解决方案具有高度的可扩展性，全面的控制和测量能力。

近日，是德科技举办了网络研讨会，是德科技应用工程师倪勇桥先生和市场经理杜吉伟先生分别从技术和市场方面详细介绍是德科技专用量子计算解决方案详情。

倪勇桥首先介绍了量子信息学的背景，其次介绍了是德科技在量子信息学方面的准备，第三则是量子计算的专用测试方案的提出。

量子信息学及测试技术概况

倪勇桥表示，量子学并不是普及形科学，所以即便可以会改变未来很多事情，但由于大家的不理解，每个人对于量子学的看法都是不同的，所以可能会对量子学的理解不够全面。但从是德的角度来看，量子学是一个真真实实的技术，真真实实会改变人类将来的种种技术，包括通信，包括其他一些方面。现在行业内普遍提出了第二次量子信息革命，这其实包含了对于量子传统的物理学，在信息学交叉学科中的应用。对于量子信息学来说，目前是包含了三个方向，第一个方向是无条件安全的量子通信，第二个是超快并行的量子计算，解决的是针对特定问题的快速解决方案。第三个是超越经典极限的精密测量。

倪勇桥介绍到，目前国内针对量子信息相关学科行业的支持力度很大，除了传统科研院所之外，包括阿里百度腾讯等都成立了相应的量子技术研究院。

倪勇桥表示目前量子通讯分为两个链路，第一个链路是量子信道，解决的是秘钥传输和产生的问题。密码传输和产生的问题。另外一个链路是公共的经典电路，用来传输信息的。量子通信本质上来说是量子保密通信，可以实现绝对安全的密钥分发。目前经典协议包括BB84 BB92等，目前传输媒介是光子，可以基于自由空间，也可以基于光纤可以继续光纤。

量子通信技术目前主要的设备为量子密钥分发器，此外还包括像随机数发生器、单光子源、单光子探测等。而从技术发展方向来说，为了组建广域的量子通信网，包括通过光纤实现城域的量子通信，通过量子中继实现城际的量子通信，通过卫星来实现远距离的量子通行等多种通信方式。

量子计算机的发展目前可分为三个阶段，第一阶段是对各种有望实现可扩展量子信息处理的物理体系进行研究，第二阶段是高密度、高效率的量子态制备与相互作用，更多粒子的量子纠缠及更长的相干时间，第三阶段则是对特定问题超越经典计算极限的量子计算机。目前的研究正处在第一和第二阶段。

“为什么要实现更多的粒子纠缠？”倪勇桥解释道，最重要原因是量子计算机的运行速度和量子比特位的位数呈现指数关系，比特数增加一倍，量子计算速度就会增加一倍，同时只有在相干纠缠中，才可以称之为量子计算。

所以在量子系统中，需要越来越多的物理比特，也就是需要灵活的实验平台，可以组合各种各样的通道。

倪勇桥表示，是德科技已经专门成立了量子测试技术事业部，在该事业部中，会专门针对量子相关的一些测试需求，提出相应的测试方案。同时是德科技收购了在量子相关领域非常有经验的公司Signadyne，这家公司来自ICFO，是西班牙专门从事光学量子通信研究的研究院。通过结合是德科技在射频微波及数字领域的技术，双方的结合可以给量子信息领域带来更多合作可能。

目前是德科技与全球量子信息研究相关合作一览。

量子计算系统要求及测试需求

倪勇桥分析了量子计算具体要求，划分为五层，物理层，控制层，电路层，算法层和逻辑层。是德科技关心的其实是在控制层，控制层是为了实现量子芯片的最优化控制和读取，只有控制部分做好，才能够使得整个量子计算机整个性能有较大保证。在整个控制过程中灵活的控制才可以去实现量子计算机的各种各样的逻辑门。另外对于量子计算机的控制层的测试需求来说，目前整体需求会分为接收探测和控制需求。一般的研发的过程也都是从单个比特往多个比特走。同时测试需求需要由逻辑反馈能力，可以纠错，同时增加反馈能力。

倪勇桥介绍了迪文森佐判据，该判据是目前大家对于量子计算机能不能成为一个量子计算机或者潜在量子计算机的一个非常重要的判据。判据首先要求要有量子态，同时要能够制备出它的初态，一个相对稳定的初态，要有尽可能长的相干时间，要有控制能力，保护能力，高质量的读取能力，严格的时序等。

倪勇桥表示，对应到测试系统来说，首先要有更高的信号质量，同时也要保证各个通道的相干性，此外需要由有非常高的同步性能和时序性能，以及更好的可扩展性，使得对于多比特的测试更加顺利。同时量子测试系统需要更高可靠性，支持长时间运作以及提供校准功能。

量子计算系统的具体要求

是德科技专用量子计算测试平台

倪勇桥表示，是德科技针对量子计算，有可扩展的PXIe方案，AXIe AWG任意波发生器以及各种台式仪表。

是德科技完整的量子计算相关测试产品

这些完整的产品线，可以满足几乎所有的量子计算相关需求。同时，是德科技通过提供超多通道量子计算系统，可以实现成套的量子计算解决方案。其中操控端通过M3202A系列任意波形发生器+专用上变频器+QCRT专用校准软件，实现了最高精度的量子操控信号。而在接收端通过M3102A系列数据采集卡+专用下变频器，可以实现快速判决及反馈。
倪勇桥特别强调了专用信号软件P5060A，这是量子计算校准软件，可针对每个通道在其AWG信号带宽内完成带宽校准，支持包括本振泄露、镜像抑制以及各种杂散等。

倪勇桥表示，目前是德科技在软件平台上也进行了大量创新，包括支持Python，LabVIEW、MATLAB等控制语言，同时提供了HVI流程管理工具以及图形化FPGA开发环境专业软件。

如图所示，为了满足量子计算机的需求，是德科技提供了各具优势的产品：

高性能硬件、专业校准软件
多通道信号、操控和读取
HVI、FPGA编程能力
可扩展PXI系统
标准化的产品等特性，满足量子计算机的种种需求。

Infiniium UXR和M8194A

杜吉伟则介绍了是德科技针对量子通信和量子计算推出的新产品，包括了台式机Infiniium UXR和PXI的 M8194A系列，“大部分量子计算从业者会同时拥有这两套设备。”杜吉伟说道。Infiniium UXR实时示波器，带宽13GHz到110GHz，它的采样率到每通道达到256GSa/s的采样率，ADC采用10位物理位数，ENOB在13GHz下为6.8个比特，本体噪声是可以达到150个微幅。这些指标均是目前实时示波器领域的全面突破。对于量子计算这种高精尖的测试，能够提供更高的精度。

任意波形发生器既有基带型任意波形发生器，也有高速任意波形发生器。 M8194A最高120GSa/s采样率，每个模块四个通道，每个通道同时使用都可以达到120G。

杜吉伟特别指出，普林斯顿大学曾经在Nature上发表过一篇《Direct digital synthesis of microwave waveforms for quantum computing》，这篇文章就是介绍了如何使用是德科技的任意波形发生器进行量子计算操控测试。

杜吉伟表示，是德科技由于早已和众多科研机构合作，所以知道现在常用的量子计算测试技术方案，了解现在的测试壁垒，因此也可以给未来从事量子计算测试的相关单位提供意见及建议，少走弯路。

杜吉伟表示，过去的方案都是单台仪器独立测试，没有FPGA的编程能力很不灵活。是德科技通过增加FPGA功能，使得客户可以自行编程，从而更灵活支持Qbit操控测试测试。
同时，由于过去通道数量有限，只能堆叠更多仪器，但这样就会造成连线过长从而引起误差，所以通道数对于量子计算测试应用很有帮助。

杜吉伟强调，校准和反馈也是量子计算测量应用中最为需要的一块，AWG可以吧上变频镜像抑制等误差全部自动滤除，让测试更准确。同时AWG和分析仪独立搭建，两者是不具备反馈关系的，需要在分析仪根据分析结果做一些算法再回馈到AWG上，否则很多测试是无法进行的。

开放性也是很有必要的，因为不同用户算法不一样，所以要开放FPGA。同时，支持广泛的硬件可扩展性，以满足更多比特测试要求，所以PXI模块非常适合。

杜吉伟最后还特别介绍了是德科技的研发架构，为三重研发架构，最高层是Keysight Lab，中央实验室，它已经开始投入研发未来量子计算机的一些相关的技术,另外的研发中心负责的是将前沿技术产品化，实现真正的商业需求。而解决方案中心则是负责满足客户及市场的需求，解决客户的工程痛点。

除此之外，通过收购量子测试公司，进一步完善了测试方案。

此外是德科技的量子计算测试方案不仅仅是通用的，更多的是针对量子计算，开发出专用的测试方案，比如专业的测试系统的校准能力等。

不夸张的说，如果你有量子计算/量子通信测试需求的话，找是德科技就够了。