近日，深圳量旋科技有限公司（SpinQ）以核磁共振為物理平臺，發布了內置2比特的桌面儀器原型機，重量不超過60kg，給公眾呈現可放置在個人桌面的儀器。該原型機提供了演示原理以及實現各種自定義量子算法的功能，展示了在小型核磁譜儀上進行的可行性，對的普及化具有先導性作用。
量旋科技（SpinQ）是一家致力於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領域的專家創立。
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（內置案例學習）、進階（自定義量子線路）、量子知識點介紹以及量子遊戲和量子論壇模塊。
初級（內置案例學習）：內置了多個的算法實例以及案例講解，包括計算初態、Bell態和Deutsch態的製備、比特壽命測量、以及Grover搜索算法、DJ算法等。
進階（自定義量子線路）：用戶可運用不同的量子操作門模塊進行組合，執行用戶自定義的算法，如圖2和圖3。
量子知識點介紹：給用戶提供入門級的相關介紹。比如量子比特、量子操作、量子算法、量子測量以及機的。
量子遊戲和量子論壇：公司目前正在開發這兩個模塊，希望用戶能夠通過玩遊戲的方式理解的規則，豐富學習的樂趣；用戶也可在量子論壇模塊進行反饋和交流，我們有資深的專家團隊坐鎮。
SpinQuasar對操作過程和結果進行形象具體的展示，幫助用戶實時了解量子態演化過程，降低用戶學習的門檻以及提高使用儀器的體驗：
兩比特情況：如圖2下半部分，展示底層控制脈衝序列、內置樣品響應動態、密度矩陣在門操作下的演化動態以及投影測量概率等；
單比特情況：如圖3下半部分，則採用Bloch球的方式可視化系統演化的軌跡。
圖2 SpinQuasar客戶端「自定義量子線路」界面（兩比特）
圖3 SpinQuasar客戶端「自定義量子線路」界面（單比特）
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獲得了的初步體驗。在桌面型設備上實現通用量子門集合（即單比特門和兩比特門的組合）意味著桌面機還可以成為公司、高校、研究院所開展科研的實驗平臺，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。該原型機的發布，展示了小型儀器具有進行的巨大潛力，將在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。
聯合發布可開放控制層的PCloudQ
此前，量旋科技SpinQ還與深圳量子科學與工程研究院合作，聯合發布了世界上首臺開放控制層的核磁共振
雲平臺PCloudQ（http://quantumworld.sustc.edu.cn/）。該平臺（簡稱PCQ）具有四個量子比特，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
雲平臺。除了提供給用戶基本的量子
門，包括任意角度的單比特旋轉和兩比特控制非門（CNOT）、交換門（SWAP）等以外，PCQ還開放了底層控制層，即允許用戶自主設計量子控制脈衝形狀。
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，使得用戶可以從更基本的層次理解實際
體系的運行規則。
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信號。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。時至今日，核磁共振系統也是演示量子算法最多的平臺。
在核磁共振中，量子比特為靜磁場中的核自旋。自旋向上和向下的兩個狀態是比特的0和1。單比特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同，從而可以實現對單比特的獨立操控，即可尋址。兩比特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。通過單特門與兩特門的組合可以實現任意量子算法。量子算法的運行結果蘊含在系統演化的末態中，可以通過採集系統磁化矢量的進動在探測線圈中產生的感應電流信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。
關於量旋科技（SpinQ）
量旋科技SpinQ提出將量子計算機桌面化的目標：打造尺寸小、重量輕、可在室溫下工作、成本低、易維護、以及操控簡單、容易理解的小型量子計算儀器。和超導核磁共振譜儀不同，小型核磁共振譜儀基於永磁體和集成電路的技術，能滿足上列的多個要求。截至目前，量旋科技SpinQ將商用的永磁體小型核磁共振譜儀進行改造，使得其滿足核磁量子計算機的要求：具有任意脈衝序列生成功能以實現任意的量子算法；精準時序控制能力，以同時精確控制多個比特；較高的磁場均勻度，以獲得較長的量子態壽命等。在改進硬體的同時，還開發了相應的量子控制與應用軟體。硬體與軟體結合，實現了內置2個量子比特的桌面量子計算原型機。該原型機不但可以演示量子態、量子疊加、態演化等基本量子力學概念，同時可展示量子計算機的基本原理，演示量子計算各種算法。
量旋科技SpinQ將繼續致力於核磁共振桌面量子計算機的自主研發，包括磁體的小型化、磁場均勻度的提高、控制電路的集成化等。結合PCQ的經驗，公司還將推出基於其他平臺的通用量子計算雲平臺，以推動量子計算的科研、教學、普及和商業化。希望在不久的將來，桌面量子計算儀器能進入千家萬戶。