西班牙瓦伦西亚理工大学(Universitat Politècnica de València)与CEU卡德纳尔埃雷拉大学(Universidad CEU Cardenal Herrera)长期致力于量子计算领域的教学与科研创新。
为解决量子算法验证难、核磁共振(NMR)量子计算原理抽象、学生实践机会匮乏等痛点,CEU Herrera采购量旋科技教育级核磁量子计算机(3比特) ——量旋三角座(SpinQ Triangulum),将其作为学生教学实训与前沿科研的重点实验设备。
此次合作落地,一方面可助力研究团队(尤其是研究生群体)深入拆解量子计算的物理原理与数学模型,完成现阶段已有课题;另一方面可依托真实量子硬件探索量子计算在化学分子模拟、线性代数求解等领域的应用,开拓未来量子计算研究方向。
二、合作内容:基于量旋三角座的多维度量子计算实验
在量旋三角座的支持下,该校研究生Diego Orlando主导,在导师Miguel Ángel Garcia March与Antonio Falcó Montesinos的联合指导下,开展了一系列量子计算核心实验,主要包括:
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量子算法实现与验证 实现并验证 Grover 算法、Harrow-Hassidim-Lloyd(HHL)等量子算法,通过设计多组目标参数实验,系统探究算法在硬件实现过程中的技术瓶颈与误差成因。
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量子纠缠与基础原理验证 利用量旋三角座生成量子纠缠态(如贝尔态),设计实验测试贝尔不等式(Bell's inequality)。
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NMR量子计算机制分析 以量旋三角座为研究对象,分析了NMR量子计算的核心原理,包括赝纯态(PPS)初始化、GRAPE复合脉冲控制、量子门实现(如CNOT、CCZ等)及测量机制等。
三、成果:基于量旋三角座的硕士毕业论文发表
基于上述实验,研究团队完成了硕士毕业论文《Physical principles and mathematical model of a three-qubit quantum computer》,系统阐述了量子计算的数学基础(希尔伯特空间、量子力学公设)、核心算法(Grover、HHL等)、物理实现(重点分析NMR技术)及量旋三角座的实验结果。
论文的核心内容包括:
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在3量子比特NMR系统中对比了2/3量子比特Grover算法的性能差异,发现3量子比特系统因相干性限制需优化迭代次数;
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验证了HHL算法在低条件数矩阵下的高效性,同时指出高条件数矩阵下的误差来源(如脉冲精度、相干时间);
基于量旋三角座验证不同HHL算法的电路表示
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通过贝尔不等式实验,证实了量旋三角座生成的量子态具有真实纠缠特性,为小型NMR量子计算机的量子特性提供了实验证据。
基于量旋三角座进行贝尔不等式验证电路表示和验证结果
四、三角座产品特点:适配教学与科研的量子计算平台
量旋三角座作为量旋科技专为教学与中小型科研场景设计的3量子比特NMR量子计算机,其核心特点如下:
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硬件与操控优势
内置高稳定性磁场,均匀性小于 1ppm,可实现更高的频谱分辨率,锁场技术确保射频场与核自旋频率共振,提升操控精度;集成高精度脉冲发生器,实现量子比特自旋的任意控制;态制备与读出集成,既能高效制备赝纯态(PPS),又搭配高灵敏度探测器实现FID信号实时采集。
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软件与易用性
搭载SPINQUASAR操作系统,集成量子代码编辑器、分子可视化工具与测量结果分析界面,支持预编译算法库(如Grover、HHL)与自定义电路设计,降低学生与科研人员的使用门槛。
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测量与数据处理:
通过检测自由感应衰减(FID)信号,可输出各量子态的测量概率,便于实验结果的定量分析。平台的多组实验重复校准功能,为理论验证提供高质量实验依据
五、应用场景:从教学到科研的多维度价值
量旋三角座在CEU卡德纳尔埃雷拉大学及合作院校的应用,充分体现了其在教学与科研中的双重价值:
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教学场景:作为研究生量子计算课程的实验平台,帮助学生直观理解量子比特、量子门、纠缠等核心概念,通过亲手实现简单算法(如Deutsch-Jozsa)加深对理论的掌握;
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科研场景:拥有真实量子比特系统,可支持量子算法演示和优化(如任意量子门深度操作)、NMR量子计算机制底层原理研究、经典-量子混合编程等前沿课题;
六、合作展望
未来,学校计划基于量旋三角座拓展更多研究方向。量旋科技也将持续提供技术支持,助力高校将量子计算实验平台与课程体系、科研项目深度融合,推动量子计算人才培养与技术创新。
通过此次合作,量旋三角座不仅成为连接量子理论与实验的关键桥梁,更证明了小型化量子计算机在教学科研中的实用价值,为全球高校量子计算教育与研究建设提供了可借鉴的范例。