产品揭秘丨量子计算实验平台量旋双子座Lab：从"触手可及"到"直观可见"

 

量子计算的快速发展，带动了对量子人才的极大需求，同时也刺激了量子教育市场在过去几年的蓬勃发展。面对人才师资短缺、教具设备昂贵、体积庞大且维护成本高等现状，许多高校和相关机构，都对理想的量子计算教具和教案，提出了更多期待。

 

面向量子教育市场，量旋科技在2020年发布了全球首款能够放置于桌面的核磁量子计算机——“双子座”，随后又陆续推出体积更为小巧便携的——“量旋双子座Mini”、“量旋三角座Mini”和“量旋双子座MiniPro”。通过对核磁共振技术的探索式创新，我们将量子计算的功能，集成在类似迷你打印机大小的轻巧机身内，真正让量子计算机做到了“触手可及”。

 

凭借体积小、重量轻、免维护、易操作等优点，小型化量子计算机系列产品，能够为老师和科研工作者提供便捷的量子计算教学和演示的解决方案，一经推出便迅速收获了行业用户的青睐，持续拓展到全球五大洲30多个国家和地区。

 

随着需求的深入，许多用户不仅希望有一套适用于课堂环境的教学设备，同时还对设备的操作性和交互性有了更高的要求。

 

 

“一站式”量子计算实验平台

底层操作全面开放，实验现象直观可见

 

为了让用户在实验学习中有更加开放的操作交互体验，量旋科技打造了专注于实验教学场景的量子计算平台——量旋双子座Lab。

 

 

通过将量子计算的全过程，设计成“一站式”的开放交互体验，“双子座Lab”能够让用户通过真实参与实验底层操作的每个步骤，真正体验从认识量子系统、测量量子系统，到控制量子系统、实现量子计算任务的完整过程。

 

 

用户可以通过实验观测和验证量子计算背后的物理现象，从而掌握量子计算原理。

 

举例来说，核磁量子计算机的基本原理，是以样品试剂中原子核的自旋属性，作为量子比特的载体来完成量子态的制备，并利用射频脉冲信号的发射，操纵和读取量子比特状态，进而完成相关的量子计算任务。

 

过往，这个过程更像是一个“黑盒子”：用户只能通过有限的量子线路设计、在操作界面上看到计算任务的最终结果，而无法观测像量子态创建和量子比特操控等完整量子计算实验的全过程。

 

不同于以往其他真机教学产品和模拟器教学产品，“双子座Lab”采用全新的敞开式机箱设计，用户可以直观看到实验样品、磁体模块、匀场控制模块、射频控制模块、主控模块等重要内部结构，可以让学生们在真实的实践中，了解量子计算相关的知识和原理，而不是像过去要依靠想象来理解那些抽象的概念。

 

敞开式机箱，内部硬件直观可见

 

 

通过“双子座Lab”，用户可以直接操作控制射频脉冲的强度和频率，并通过可视化的界面，观测样本中原子核的状态及处于量子态的程度，测试如何操纵量子比特来执行计算任务，从而帮助学生更直观深入地了解量子计算的基本原理、技术和应用。

 

用户可以基于对量子系统的操控去实现量子门，并且在量子线路层的实验中运用这些自定义的量子门操作，以实现量子计算任务。

 

 

全栈式大学实验课程解决方案

教师开箱即用，学生开箱即学

 

作为一款更加专注实验场景的核磁量子计算平台，“量旋双子座Lab”特别针对大学实验教学模式的要求进行设计，涵盖了明确的实验目的、实验步骤和实验现象，能够直接适配物理实验、现代物理实验、研究型物理实验等现有的高校实验课程，真正做到“教师开箱即用，学生开箱即学”。

 

通过配置全栈式的量子计算实验课程解决方案，“量旋双子座Lab”能够针对不同阶段教学的需求，提供多样的实验课类型。

 

例如“量旋双子座Lab”内置的“量子计算原理实验”，是一个从观测物理现象、测量量子参数，到调控量子系统、实现量子计算任务的系统实验课程，包括了核磁共振现象与信号、拉比振荡、量子比特、量子退相干、量子控制、量子系统初始化、量子逻辑门与量子线路、量子态重构、验证贝尔不等式9个原理递进、逻辑连贯的子实验，让零基础学生得以从底层的原理开始逐步实践量子计算的过程。

 

 

而对于更高水平的需求，“量旋双子座Lab”还可以针对具体的应用问题，通过图形化编程和量子编程语言，帮助学生学习Shor和Grover等多种经典量子算法，并在量子系统中从物理底层进行实验验证；或者通过更换实验样品、搭配外围仪器设备、设计脉冲波形、互动实验等方式，学习量子模拟、量子精密测量、量子通讯、自旋磁共振、脉冲调控技术等多种量子技术。

 

此外，除了教学型实验之外，“量旋双子座Lab”还能针对研究型实验，提供例如量子优化算法、量子模拟、优化控制等多种半开放式探究性课题实验，亦可作为量子信息的科研实验平台。

 

值得一提的是，针对这些丰富的实验内容，“量旋双子座Lab”内置了系统的实验指导，并附带理论知识内容和实验步骤指引，用户可根据课程需求以及时间要求，对实验操作进行选择，优化了“教”的成本，促进了“学”的效果。

 

从四年前第一台桌面型核磁量子计算机——“量旋双子座”的问世，到两年前第一台便携式核磁量子计算机“量旋双子座Mini”和相关系列产品，量旋科技始终坚持“以用户为中心”的导向，从场景和需求出发、不断通过用户的反馈来优化打磨产品。我们希望，“量旋双子座Lab”的到来，能够为量子计算实验教学开启新的篇章。未来，量旋科技也将不断升级迭代产品，提供更加完善、高效、易用的量子计算教学工具，为更多院校的量子计算人才培育贡献力量，助力量子计算的普惠化。

 

 

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