Nature Reviews Physics：高校亟需高透明量子硬件

2026.08.12 · 企业新闻量子计算机超导量子计算机

近日，国际顶级物理综述期刊《Nature Reviews Physics》刊发评论文章《Universities need transparent quantum hardware》，文章从全球量子产业人才培养需求出发，直指当前高校量子教学在硬件实践环节的核心短板，并首次提出一套面向课堂实训、具有现实可操作性的“透明化量子硬件”评价框架，为高校量子实验设备选型与课程体系建设提供了重要参考。

▍量子教学正面临硬件“黑箱”难题

文章提到，当前高校接触真实量子硬件主要依赖两种路径：量子云平台和校内大型整机设备。但从教学效果看，这两种方式都不同程度存在“黑箱化”问题。

量子云平台显著降低了量子计算教学门槛。师生只需通过网页端编写量子线路、远程提交任务，即可获得真实硬件的测量结果，而无需承担低温系统采购与运维成本。因此，云平台已成为许多高校本科量子信息课程的重要教学工具。

但云端模式也存在天然局限。学生通常只能看到最终测量结果，却难以了解一条量子线路从抽象逻辑到物理执行的完整过程。例如，逻辑量子比特如何映射到物理比特、线路如何根据芯片拓扑重新布线、实验调用了哪些校准参数、控制脉冲如何转化为读出信号，以及串扰、相干损耗和读出噪声如何共同影响最终结果，这些关键环节往往被平台屏蔽。

长期依赖云端教学，容易使人才培养停留在“会编程、难理解硬件”的层面。当前量子产业真正需要的，是能够贯通量子物理、脉冲控制、编译优化、噪声标定和系统调试的复合型工程人才，而不仅是能够编写理想化量子算法的学生。面对同一线路在不同时间运行结果波动、不同量子比特组合性能差异明显等真实工程现象，仅接受云端训练的学生往往缺乏分析和解释能力，这也使高校人才培养与产业需求之间出现脱节。

为弥补这一不足，部分顶尖高校开始采购校内大型量子整机，希望让学生接触实体设备。然而，多数量产化整机在教学上并未真正突破“黑箱”限制：它们往往只是将云平台功能本地化，依旧只输出最终计算结果，底层校准日志、调度信息和关键硬件数据并不向师生开放。本质上，这类设备仍难以支撑硬件工程训练。与此同时，大型整机在采购成本、低温运维、场地配套等方面要求极高，难以在更广泛的高校场景中普及。

▍何为教学导向的“高透明量子硬件”

针对上述问题，文章提出了一个鲜明观点：高校在采购量子教学设备时，应优先关注“教学透明度”，而不是单纯追求展示性强、参数封闭的商用样机。

这里所说的“透明”，并不意味着毫无边界地开放全部底层权限，而是强调面向教学场景的分层可视化、分层可控化。文章提出，其核心实现形式是建立一套完整的“量子硬件教学档

一套符合教学需求的透明化量子系统，应能够完整记录并向学生开放以下三类可追溯信息：

硬件目标档案：包括设备型号、量子比特拓扑结构、原生量子门类型、实验所采用的校准数据时间戳，以及各量子比特的基础噪声指标。

编译调度档案：包括逻辑比特到物理比特的映射策略、线路重布线方案、原生门分解逻辑，以及电路整体时序调度信息。

测量环境档案：包括测量采样次数、误差缓解或降噪模型、脉冲控制参数、软件版本，以及原始测量数据与校正结果的对照信息。

在此基础上，文章进一步提出了适用于高校教学的三级权限结构：

可见层：向学生开放硬件架构、校准漂移曲线、噪声元数据和实验全流程日志，支持全过程追溯。

可控沙盒层：允许学生在安全边界内调整脉冲幅值、脉冲时长、编译器配置等参数，开展对照实验和自主探索。

锁定保护层：涉及低温联锁、核心控制电路和厂商专属底层固件等关键部分，保持封闭，确保设备安全与知识产权保护。

这种分层透明设计，能够使量子教学从纯理论讲授走向工程化实训。学生不仅可以比较不同拓扑设备上同一贝尔态线路的运行差异，还可以结合校准数据分析相干寿命、串扰、读出误差等因素对实验结果的具体影响；不仅能看到理想逻辑线路，还能理解其在真实硬件上的编译、调度与执行过程；甚至可以在沙盒环境中微调脉冲参数，直观认识抽象量子门背后的物理控制机制。

更重要的是，透明硬件改变了学生理解“误差”的方式。在传统黑箱环境中，实验波动往往只是难以解释的异常值；而在透明系统中，这些波动可以转化为可分析、可量化、可复现实验现象，从而帮助学生建立从底层硬件视角评估量子算法性能的能力。

文章据此提出了一个值得高校重视的选型原则：对于教学而言，小型但高透明的系统，往往比大型但封闭的样机更有价值。只要平台能够开放关键运行日志、支持安全范围内的底层参数调试，即使规模较小，也足以覆盖量子比特拓扑、时序控制、噪声标定、串扰补偿等核心工程教学内容。

因此，高校在设备采购中，应将透明化能力作为关键评价标准，重点考察是否具备完整教学档案、分层调试沙盒和标准化实验课程支持，而不能仅以量子比特数量作为主要依据。

▍适配高校需求的“中国方案”

针对全球高校量子教学中普遍存在的“云端可用但不可见、大型整机可观但难普及”两类问题，量旋科技以小型化、高透明、室温核磁共振量子计算平台为基础，构建了覆盖本科教学、研究生培养与产学研协同的一体化量子教育方案，其整体设计思路与文章倡导的透明化标准高度契合。

2020年，量旋科技推出桌面型核磁量子计算机“量旋双子座”，此后又持续完善产品体系，形成面向不同教育层级的产品矩阵，包括量旋双子座 Mini、双子座 Lab 和三角座Ⅱ等系列设备，覆盖科普教学、高校实训和基础科研等多类场景。

在硬件层面，量旋教育级量子计算机采用开放式可视化结构，核磁磁体、射频脉冲发射模块、信号读取单元和测控电路板等关键部分均可直观呈现。相较于完全封闭的云端设备，这种设计有助于学生直接建立对量子硬件物理架构的感性认知，也更契合“硬件可见、过程可追溯”的教学要求。依托室温核磁共振技术，设备无需稀释制冷机等复杂低温系统，在部署条件、运维成本和课堂使用便利性方面具备明显优势，更适合高校开展常态化、批量化实训。

在软件与教学支撑层面，配套平台可记录并导出实验运行相关元数据，包括硬件拓扑、校准时间戳、物理比特映射、脉冲参数和误差修正信息等，为教学中的过程追踪和实验复盘提供支持。结合分层权限设计，学生可以在沙盒环境中进行一定范围内的参数调节，教师则能够在安全可控前提下组织更具探索性的实验教学，平台同时可为预算、场地受限的院校提供了更灵活的实训路径。

依托这套贴合国际学术标准的透明化教学产品，量旋科教方案已落地全球五大洲40余个国家、200余所高校，海内外院校真实教学成果持续验证该体系对量子人才培养的正向作用。

海外方面，量旋科技透明化量子教学方案已在多个国家和地区落地，持续形成兼具教学与科研价值的示范案例。阿根廷拉普拉塔国立大学近期正式部署量旋三角座Ⅱ，这是该校首台实体量子计算机，将用于支撑信息学院本硕贯通式量子课程与跨学科科研；阿尔-法拉比哈萨克国立大学“Quantum AI”实验室配备7套现代化量子计算系统，为课程教学、实验实践、科学研究和机器学习算法开发提供支撑；葡萄牙当地研发团队则依托今年2月部署的量旋双子座Lab量子计算实验平台，进入经典—量子混合计算实验新阶段。与此同时，量旋科技还已服务瓦萨学院、SUTD、UFRO、挪威奥斯陆城市大学等多所海外高校，并在多个地区成为当地高校首台量子计算设备提供方。

国内方面，围绕高校量子专业建设和实训需求，量旋科技已与福州大学、湖北大学、陕西科技大学、郑州轻工业大学、青岛理工大学、重庆邮电大学、南京邮电大学、湖南工商大学等多所布局“量子信息科学”等相关专业的高校达成合作，为课程教学、实验平台建设和科研探索提供支撑；同时服务还覆盖北京理工大学、哈尔滨工业大学（深圳）、复旦大学、清华大学等多所高校，持续推动国内量子教育基础设施建设和复合型人才培养体系完善。