应用案例丨西澳大学：量旋桌面型量子计算机，助力百年名校打造真实量子教学交互体验

 

随着量子计算技术的不断发展，越来越多的大学和科研机构，开始尝试将其应用于实际研究和教育中。

 

在开展量子教育过程中，西澳大学通过使用由量旋科技提供的核磁量子计算机量旋双子座和量旋三角座，不仅给学生带来真实的量子计算体验，提升他们在量子计算方面的知识和技能，而且极大促进了学校量子科学相关课程的开展，进一步提高了学校量子教育质量。

 

 

 

开展量子教育，澳大利亚百年名校的“理想教具”之困

 

创校于1911年的西澳大学（The University of Western Australia，以下简称 UWA），是澳洲最具历史的研究型大学之一，一直以来以其世界一流的研究和教育水平，以及拥有一批杰出的学者和科学家而闻名。

 

在量子计算领域，UWA一直保持着领先地位，并致力于为学生和研究人员提供先进的量子计算资源，推动量子计算技术的研究和应用。其量子物理在最新的澳大利亚卓越科研评价（ERA）排名中获得5/5的高分。同时，该系的量子系统工程（EQUS）还是 ARC卓越中心的节点之一。

 

量子科学不仅是西澳大学物理系的主要研究方向之一，而且还是其基础课程。无论是物理学专业（本科）、还是前沿物理学（本硕连读），多数学生都会选修量子信息与计算课程。但是，在实际开展量子计算教育时，西澳大学的老师们发现：除了理论知识，更为重要的还是实验经验的获取：

 

第一，缺少理想的量子教具，无法为学生提供一个真实的交互平台。由于量子计算基础知识涉及例如量子态的叠加和相互干涉等，而这些特性在经典计算机和虚拟量子计算机中很难真正地体验到。

 

第二，量子计算的教案资源有限。由于量子计算课程包含拉比振荡观测、Bell态制备、BCS模型模拟等诸多实验，只有实际在真机上进行交互演示，让学生亲自体验量子计算过程，才能加深他们对量子计算原理的理解。

 

 

桌面型量子计算机助西澳大学破解量子教育难题

 

为推动量子教育发展，提升量子教育质量，西澳大学物理系与澳大利亚Pawsey 超级计算中心合作，推出了一个联合项目—— The UWA & Pawsey Quantum Computing Centre （简称 UP-QCC），通过使用量旋科技自主研发的桌面型核磁量子计算机双子座和三角座，为学生提供具有量子控制设计能力的真实设备和交互体验，进而提升他们的量子计算技能，并与Pawsey的量子超级计算创新中心进行交流。

 

澳大利亚Pawsey超级计算中心CTO, Ugo Varetto；教育经理, Ann Backhaus使用双子座

 

作为桌面型核磁量子计算机，量旋双子座和量旋三角座相当于一台标准的台式计算机大小。它们均基于核磁共振原理，以原子核的自旋属性作为量子比特的载体，利用射频脉冲操纵并读取量子比特状态。同时，支持用户自由编程，拥有开放物理硬件层级的脉冲序列编辑功能。

2比特桌面型核磁量子计算机-量旋双子座

 

与常见的体积庞大、重量超过1吨的量子计算机不同，量旋双子座和量旋三角座采用永磁体产生静磁场，实现了核磁量子计算机的小型化。它们只有电脑主机大小，重量均为44kg，体积小，重量轻。

3比特桌面型核磁量子计算机-量旋三角座

 

对西澳大学而言，量旋双子座和量旋三角座能在室温下运行，稳定性好。这大大方便了老师、学生和科研人员的使用。在课堂上，西澳大学的老师，不仅可以利用量旋双子座或量旋三角座进行课堂示范，向学生展示量子计算过程中的关键步骤，而且通过让学生实际操作，加深他们对量子计算的理解。

 

西澳大学王静波教授使用双子座和三角座

 

并且，量旋双子座和量旋三角座免维护、零使用成本的特点，更是免去了西澳大学的后顾之忧，既无需聘请专人进行量子计算设备维护，也节省了有限的资金预算。

 

此外，其内置丰富的算法案例，可供西澳大学学生充分学习。作为量子教具教学机，量旋双子座和量旋三角座不仅有学生在量子计算课程上必修的 Deutsch-Jozsa 算法、Shor 算法和 Grover 搜索算法，而且还搭配 HHL 算法等，搭配十多个典型量子算法教学案例。借助双子座和三角座，西澳大学物理系学生，可以亲自演示业界典型的量子算法实验，观察量子算法的应用效果。

 

西澳大学学生使用量旋双子座和量旋三角座

 

不仅如此，量旋双子座、量旋三角座均内置量子计算系列实验教学方案，如拉比振荡观测、Bell 态制备、BCS 模型模拟、氢原子基态能量求解等，这些案例和实例往往基于真实的研究和应用，能够更好地激发学生的兴趣和创造力。

 

对西澳大学学生来说，自量旋双子座和量旋三角座投入使用以来，通过实际操作，既加深了自身对量子计算原理和概念的理解，也在操作桌面型量子计算机的实践过程中，培养了量子编程等相关技能。更重要的是，它们为西澳大学的学生提供了一个真实的交互式学习平台，帮助他们更高效地掌握量子计算知识，培养创新思维和解决问题的能力。

 

对西澳大学老师而言，量旋科技的桌面型量子计算机，提供了直观且丰富的教学资源，不仅激发了学生对量子计算的学习兴趣，而且提升了西澳大学量子计算教学质量。

 

西澳大学量子计算实验室负责人 王静波教授 表示，“量子计算机有望解决传统计算机无法解决的问题。然而，要理解量子计算机，下一代研究人员、科学家和工程师将需要发展一套新的知识和技能，才能充分利用这些强大的设备。量旋科技提供用于教学的量子计算机，为我们的学生提供了一个绝佳机会，可以培养他们初步的量子思维，让他们处于量子计算领域的前沿。实际上，量子计算机不仅为学生提供了一个真实的交互平台，学习理论知识，还为他们提供了获得实验经验的机会。”

 

未来，量旋科技将不断创新，始终为教育和科研用户提供更好的量子计算机产品和服务，帮助学生提升量子计算技能和形成量子思维，助力量子教育的发展。

 

 

 

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