1月6日晚，深圳量旋科技（SpinQ）有限公司在深圳举办的QIP2020大会上，由SpinQ首席科学家、香港科技大学曾蓓教授向公众正式发布SpinQ自主研发的全球首台桌面型核磁共振（NMR）量子计算机-Gemini“双子座”。QIP（Quantum Information Processing）是量子计算领域全球规模最大的会议。一位参加过第一次QIP（1998年，60人参会）的人说，他绝对没有想到有一天会有一个公司能将一台量子计算机搬进会场。
图1 SpinQ首席科学家、香港科技大学教授曾蓓在QIP大会上介绍Gemini
据了解，SpinQ是由深圳量子科学与工程研究院孵化，在获得策源和明势资本的天使轮投资后，于2018年8月27日注册成立，主营业务为桌面型NMR量子计算机、量子计算测控系统、以及量子计算相关软件的自主研发。此次发布的Gemini是公司第一代产品，为便携的桌面型NMR量子计算机，重量在100kg以内，可工作在室温，无需专业维护。目前该产品已经开始接受预订，但是3月份开始发货的试用版本已经预订完毕，现在预订的产品将于7月份发货。本文将详细介绍下Gemini的工作原理以及能用来干什么。
Gemini采用NMR作为支撑平台，NMR体系是众多实现量子计算的实验平台之一，利用自旋为1/2的原子核作为量子比特载体。半自旋的原子核放置在很强的外磁场中，能级会发生劈裂，劈裂的上下能级可以编码成量子比特的0态（自旋向上）和1态（自旋向下）。对单比特的操控可以通过射频脉冲实现，射频脉冲能量（频率）与核自旋的不同状态能量差（共振频率）相同，用以控制0态和1态之间的变换。不同原子核的共振频率不同，从而可以利用不同频率的射频脉冲实现每个比特的单独寻址和操控。
再加上不同核自旋之间天然存在的耦合相互作用，便可以实现多比特量子门操作。通过单⽐特逻辑门与多⽐特逻辑门的组合，就可以实现量子计算。量子计算的运行结果寄存在系统演化的末态中，可以通过采集系统末态发射出的电磁波对比特所处的状态进行测量。
图2 液体氯仿样品在1.4T磁场中，氢核（黄）自旋可用60MHz电磁波控制，碳核（红）自旋可以用15MHz电磁波控制。氢核和碳核之间存在J耦合，J=215Hz。在J耦合影响下，氢核和碳核的信号其实都各含有两个频率成分。
图3 QIP大会关于Gemini的介绍
此次Gemini内置的是2比特样品，前端配置了一起使用的量子操控软件。功能主要包括初级（内置案例学习）、进阶（自定义量子线路）、以及底层调试三个模块。
初级（内置案例学习）：内置了多个量子计算的算法实例以及案例讲解，包括计算初态、Bell态和Deutsch态的制备、比特寿命测量、以及Grover搜索算法、DJ算法等。
进阶（自定义量子线路）：用户可运用不同的量子操作门模块进行组合，执行用户自定义的算法 。
底层调试：用户可通过此端口对后台使用的脉冲进行调制和校准。
图4 Gemini前端量子操控软件界面 下栏从左往右依次是：内置样品、模拟结果密度矩阵、实验结果密度矩阵、以及投影测量结果
Gemini对操作过程和结果进行形象具体的展示，帮助用户实时了解量子态演化过程，降低用户学习量子计算的门槛以及提高使用量子计算仪器的体验：对于2比特，如图4所示，除了量子线路层，还展示了底层控制脉冲序列、密度矩阵在逻辑门操作下的演化动态以及投影测量概率等；对于单比特，采用Bloch球的方式可视化系统演化的轨迹。
关于Gemini更多信息请联系contact@spinq.cn。
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