量旋科技（SpinQ）釋出桌面型量子計算儀器
近日，深圳量旋科技有限公司（SpinQ）以核磁共振為物理平臺，釋出了內建2位元的桌面量子計算儀器原型機，重量不超過60kg，給公眾呈現可放置在個人桌面的量子計算儀器。該原型機提供了演示量子計算原理以及實現各種自定義量子演算法的功能，展示了在小型核磁譜儀上進行量子計算的可行性，對量子計算的普及化具有先導性作用。
量旋科技（SpinQ）是一家致力於量子計算機商業化和普及化的高科技公司，由深圳量子科學與工程研究院（SIQSE）孵化，已完成策源創投領投、明勢資本跟投的天使輪融資，團隊由多名來自於清華大學、中國科技大學、南方科技大學以及加拿大滑鐵盧大學的量子計算領域的專家創立。
桌面型量子計算儀器SpinQuasar第一代概念圖
圖1 SpinQuasar桌面端軟體主介面
如圖1，該原型機配置的桌面端量子操控軟體主要包括 初級（內建案例學習） 、 進階（自定義量子線路） 、 量子知識點介紹 以及 量子游戲 和 量子論壇 模組。
初級（內建案例學習） ：內建了多個量子計算的演算法例項以及案例講解，包括計算初態、Bell態和Deutsch態的製備、位元壽命測量、以及Grover搜尋演算法、DJ演算法等。
進階（自定義量子線路） ：使用者可運用不同的量子操作門模組進行組合，執行使用者自定義的演算法，如圖2和圖3。
量子知識點介紹 ：給使用者提供入門級的量子計算相關介紹。比如量子位元、量子操作、量子演算法、量子測量以及量子計算機的概念學習。
量子游戲 和 量子論壇 ： 公司目前正在開發這兩個模組，希望使用者能夠通過玩遊戲的方式理解量子計算的規則，豐富學習量子計算的樂趣；使用者也可在量子論壇模組進行反饋和交流，我們有資深的量子計算專家團隊坐鎮。
SpinQuasar對操作過程和結果進行形象具體的展示，幫助使用者實時瞭解量子態演化過程，降低使用者學習量子計算的門檻以及提高使用量子計算儀器的體驗：
兩位元情況 ： 如圖2下半部分，展示底層控制脈衝序列、內建樣品響應動態、密度矩陣在邏輯閘操作下的演化動態以及投影測量概率等；
單位元情況 ：如圖3下半部分，則採用Bloch球的方式視覺化系統演化的軌跡。
圖2 SpinQuasar客戶端“自定義量子線路”介面（兩位元）
圖3 SpinQuasar客戶端“自定義量子線路”介面（單位元）
產品特點和定位 ：公司推出的該原型機可攜帶，也可置於桌面，具有體積小、門檻低、穩定性好等獨特的優點。原型機包含了量子計算的所有元素，並且操控簡單，因此非常適合於 高校、中學等場所的量子計算教學 ，目前清華、中科大以及南科大等高校的多名在校學生使用SpinQuasar獲得了量子計算的初步體驗。在桌面型裝置上實現通用量子門集合（即單位元門和兩位元門的組合）意味著桌面量子計算機還可以成為 公司、高校、研究院所開展量子計算科研的實驗平臺， 已與平方創想教育科技（北京）有限公司達成了就量子夏令營的合作協議。該原型機的釋出，展示了小型儀器具有進行量子計算的巨大潛力，將在量子計算普及化中扮演重要的角色，未來希望能夠將儀器進一步小型化。
聯合釋出可開放控制層的PCloudQ
此前，量旋科技SpinQ還與深圳量子科學與工程研究院合作，聯合釋出了世界上首臺開放控制層的核磁共振量子計算雲平臺PCloudQ（ http://quantumworld.sustc.edu.cn/）。該平臺（簡稱PCQ）具有四個量子位元，不但具有當前世界上大多數主流量子云平臺所提供的功能，還是國際上首個開放控制層的量子計算雲平臺。除了提供給使用者基本的量子邏輯閘，包括任意角度的單位元旋轉和兩位元控制非門（CNOT）、交換門（SWAP）等以外，PCQ還開放了底層控制層，即允許使用者自主設計量子控制脈衝形狀。量子計算控制層的核心是對系統控制脈衝的設計與優化，其中需要綜合考慮時間優化、減少系統誤差、抵抗環境噪聲等問題，對控制層的開放，使得使用者可以從更基本的層次理解實際量子計算體系的執行規則。 
圖4 PCloudQ開放底層控制介面
核磁共振量子計算原理
核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）最早由Purcell 和Bloch 在1946年發現： 在外磁場下，樣品中的磁性原子核產生極化，吸收電磁波能量後在不同能級間發生共振躍遷，進而產生共振吸收和發射訊號。核磁共振有廣泛的應用，例如：研究液態、固態分子的動力學性質；確定分子結構；利用磁共振成像技術判斷人體病灶等。在量子計算方面，核磁共振是重要的實驗平臺。在1997年，Isaac Chuang等人利用核磁共振第一次成功實現了量子計算。時至今日，核磁共振系統也是演示量子演算法最多的平臺。
在核磁共振量子計算中，量子位元為靜磁場中的核自旋。自旋向上和向下的兩個狀態是位元的0和1。單位元量子門操作由射頻電磁波實現。射頻電磁波的頻率和核自旋在靜磁場中的拉莫頻率相同，用以控制核自旋在0態和1態之間的變換。不同核自旋的進動頻率不同，從而可以實現對單位元的獨立操控，即可定址。兩位元量子門操作是利用不同核自旋之間天然存在的磁耦合結合射頻電磁波來實現的。通過單⽐特邏輯閘與兩⽐特邏輯閘的組合可以實現任意量子演算法。量子演算法的執行結果蘊含在系統演化的末態中，可以通過採集系統磁化向量的進動在探測線圈中產生的感應電流訊號來推斷出系統所處的狀態。清華大學、中國科技大學、南方科技大學以及加拿大滑鐵盧大學在核磁共振量子計算領域處於世界領先地位，然而這些世界領先的實驗室均在核磁共振量子計算中使用大型超導磁體，H核的頻率均在幾百兆赫茲量級。這些大型超導磁體具有實驗條件苛刻（需要液氦液氮）、體積大、維護費用高等特點，並不適合量子計算的商業化和普及化。
圖5 Bruker公司1.0GHz核磁共振譜儀，若要安置一臺這樣的超導磁體核磁共振譜儀，實驗室的天花板高度需要三米以上。