WO2023072140A1

WO2023072140A1 - 量子控制装置、量子控制系统和量子计算机

Info

Publication number: WO2023072140A1
Application number: PCT/CN2022/127663
Authority: WO
Inventors: 李雪白; 范良晨; 王锦涛; 汤志林; 孔伟成
Original assignee: 合肥本源量子计算科技有限责任公司
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2022-10-26
Publication date: 2023-05-04

Abstract

量子控制装置、量子控制系统及量子计算机，量子控制装置（10）包括背板（120）、路由模块（130）、至少一个量子态调控模块（140）、至少一个频率调控模块（150）和至少一个测量模块（160），量子态调控模块（140）、频率调控模块（150）、测量模块（160）和路由模块（130）设置在背板（120）上的插槽中；量子态调控模块（140）、频率调控模块（150）、测量模块（160）均与路由模块（130）通信连接，通过路由模块（130）对外数据交互。利用量子控制装置构建量子芯片专用的量子控制系统的体积和成本将大大缩减，易于实现量子控制系统的集成和扩展，并且控制的量子比特数量可灵活配置，能够满足高量子位量子芯片的测控需求。

Description

量子控制装置、量子控制系统和量子计算机

技术领域

本申请涉及量子计算领域，尤其是涉及一种量子控制装置、量子控制系统和量子计算机。

背景技术

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子芯片是量子计算机的核心，量子芯片上集成有多位量子比特，为了保证量子比特的正常工作，需要搭建量子控制系统，通过量子控制系统中各种设备为每个量子比特提供各种控制信号，例如频率控制信号、量子态控制信号；此外对于量子比特运行完量子计算的结果，也需要进行读取测量。可想而知，当量子芯片上的量子比特的位数提高至几百位、甚至几千万位，运行更多更复杂的量子计算任务时，量子测量系统内需要的信号的数量也对应增加，走线更加复杂，系统的体积更加庞大。因此量子控制系统的集成和扩展是迫切需要解决的问题。

需要说明的是，公开于本申请背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本申请的目的在于提供一种量子控制装置、量子控制系统和量子计算机，以解决现有技术中的不足，本申请的控制装置结构采用模块化设计，并包括了用于量子芯片的量子比特调控和测量的全部功能单元，便于实现量子控制系统的集成和扩展。

为达到上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种量子控制装置，包括：

背板、路由模块、至少一个量子态调控模块、至少一个频率调控模块、至少一个测量模块；

所述量子态调控模块、所述频率调控模块、所述测量模块和所述路由模块设置在所述背板上的对应插槽中，形成用于量子芯片的测控集成背板；

所述量子态调控模块、所述频率调控模块、所述测量模块均与所述路由模块通信连接，通过所述路由模块对外数据交互，以使所述量子态调控模块输出初始量子态调控信号、所述频率调控模块输出初始频率调控信号以及所述测量模块输出初始测量信号。

可选地，所述量子态调控模块和所述频率调控模块能够调控的量子比特位数大于等于所述测量模块能够读取测量的量子比特位数。

可选地，所述量子态调控模块、所述频率调控模块和所述测量模块均设置有多路输出通道。

可选地，所述量子态调控模块包括第一DAC(Digital-to-Analog Convert，数字模拟转换)单元或第一AWG(Arbitrary Waveform Generator，任意波形发生器)单元，所述频率调控模块包括第二DAC单元或第二AWG单元，所述测量模块包括ADC/DAC(Analog-to-Digital Convert/Digital-to-Analog Convert，模拟数字转换/数字模拟转换)单元或包括第三DAC单元或第三AWG单元和DAQ(Data Acquisition，数据采集)单元的组合，所述路由模块包括现场可编程逻辑门阵列。

可选地，各所述量子态调控模块、各所述频率调控模块和各所述测量模块均以所述路由模块为中心分布设置在所述背板上的插槽中。

可选地，各所述量子态调控模块、各所述频率调控模块、各所述测量模块到所述路由模块的触发信号传输线路长度分别相等。

可选地，所述路由模块设置在所述背板的中央位置，各所述测量模块紧邻所述路由模块设置。

可选地，所述装置还包括控制模块，所述控制模块设置在所述背板的插槽中，所述控制模块用于获取各所述量子态调控模块、各所述频率调控模块、各所述测量模块的信号延时数据，并通过所述路由模块对外输出，其中，所述信号延时数据来源于各所述量子态调控模块、各所述频率调控模块、各所述测量模块。

可选地，所述装置还包括散热组件，所述散热组件连接所述控制模块，所述控制模块根据所述装置内的温度信息发送温度控制指令至所述散热组件，以控制所述散热组件工作于不同状态。

可选地，所述量子态调控模块、所述频率调控模块、所述测量模块、所述路由模块和所述背板上均设置时钟同步电路，所有所述时钟同步电路采用同一时钟同步基准，用于对所述量子态调控模块、所述频率调控模块、所述测量模块和所述路由模块进行时钟同步控制。

可选地，所述装置还包括机箱，所述背板、所述量子态调控模块、所述频率调控模块、所述测量模块和所述路由模块均设置在机箱内。

可选地，所述装置还包括电源，所述电源设置在机箱内。

本申请的第二方面实施例提出了一种量子控制系统，包括至少一个如上任一项所述的量子控制装置。

可选地，所述系统还包括辅助外围设备，所述辅助外围设备包括若干个本振微波源、射频(Radio Frequency,RF)发射组件、射频(Radio Frequency,RF)收发组件和电压源，所述本振微波源和所述RF发射组件配合所述控制装置产生用于量子比特的量子态信息调控的量子态调控信号，所述电压源配合所述控制装置产生用于量子比特的频率调控的频率调控信号，所述本振微波源和所述RF收发组件配合所述控制装置产生用于量子比特的状态读取的测量信号以及接收量子芯片返回的读取回传信号。

可选地，所述系统还包括若干个微波源，所述微波源配合所述电压源产生用于驱动约瑟夫森参量放大器的泵浦信号。

可选地，所述电压源可以是后续实施例中的高精度电压源。

可选地，所述系统还包括至少一个中控装置，所述中控装置与所述控制装置的所述路由模块通信连接。

可选地，所述系统还包括服务器，所述中控装置、所述辅助外围设备、所述控制装置的所述路由模块和所述控制模块均与所述服务器通信连接。

本申请的第三方面实施例提出了一种量子计算机，包括第一方面实施例所述的量子控制装置，或者，第二方面实施例所述的量子控制系统。

基于上述第一方面实施例，本申请提出的量子控制装置包括至少一个量子态调控模块、至少一个频率调控模块、至少一个测量模块和路由模块，其中，所述量子态调控模块、所述频率调控模块和所述测量模块包括了对量子芯片中量子比特的调控和测量的全部功能单元，整个控制装置采用了模块化结构设计，各所述量子态调控模块、各所述频率调控模块和各所述测量模块和所述路由模块均设置在一块背板上的对应插槽中，集成度高；并且各所述量子态调控模块、所述频率调控模块、所述测量模块均与所述路由模块通信连接，通过所述路由模块对外数据交互，以使装置内布线简单、清晰，易于实现扩展；利用本申请的量子控制装置构建量子芯片专用的量子控制系统具有高度集成和可扩展性，其体积和成本将大大缩减，并且控制的量子比特数量可灵活配置，能够满足高量子位量子芯片的测控需求。

本申请的目的还在于提供一种量子控制系统和量子计算机，以解决现有技术中的不足，它能够用于完整实现对超导量子芯片的高精度测控操作，系统可扩展性和整体协调性好。

为了实现上述目的，本申请第四方面实施例采用的技术方案如下：

一种量子控制系统，包括：

至少一个信号处理装置，每个所述信号处理装置包括一个第一背板，所述第一背板的背板连接器上插接有多个第一信号处理板卡、多个第二信号处理板卡和一个路由板卡，形成用于量子芯片的测控集成背板，所述多个第一信号处理板卡以及所述多个第二信号处理板卡均连接所述路由板卡；所述第二信号处理板卡用于产生低频信号，所述低频信号为频率调控信号；

至少一个射频(Radio Frequency,RF)收发装置，所述射频收发装置通过所述路由板卡通信连接所述第一信号处理板卡，所述射频收发装置配合与通信之连接的所述第一信号处理板卡用于产生和接收高频信号，所述高频信号为量子态控制信号和测量信号。

如上所述的量子控制系统，其中，可选的，所述多个第一信号处理板卡和所述多个第二信号处理板卡均具有多路信号输出通道和/或多路信号输入通道，每个所述射频收发装置的信号输出通道数量不少于与之连接的所述多个第一信号处理板卡信号输出通道的数量总和。

如上所述的量子控制系统，其中，可选的，所述路由板卡插接在位于所述第一背板中央位置的所述背板连接器上。

如上所述的量子控制系统，其中，可选的，所述高频信号包括用于控制量子比特的量子态控制信号和测量信号，所述测量信号包括读取量子比特的读取输入信号以及读取输出信号。

如上所述的量子控制系统，其中，可选的，所述第一信号处理板卡包括第一AWG(Arbitrary Waveform Generator，任意波形发生器)板卡以及DAQ(Data Acquisition，数据采集)板卡。

如上所述的量子控制系统，其中，可选的，所述低频信号包括用于量子比特和/或可调耦合器的频率控制的脉冲信号。

如上所述的量子控制系统，其中，可选的，各所述信号处理装置还包括多个第三信号处理板卡，所述多个第三信号处理板卡用于产生直流信号，所述直流信号包括用于量子比特和/或可调耦合器的频率控制的频率驱动信号。

如上所述的量子控制系统，其中，可选的，所述第三信号处理板卡包括直流电源(DC Source)板卡(简称“DC板卡”)。

所述第二信号处理板卡包括：

第二AWG板卡，所述第二AWG板卡用于产生所述低频信号。

如上所述的量子控制系统，其中，可选的，所述量子控制系统还包括多个多通道微波源；

所述微波源产生的微波信号用于驱动参量放大器的泵浦信号；

所述第三信号处理板卡产生的所述直流信号还包括用于所述参量放大器的频率控制信号。

如上所述的量子控制系统，其中，可选的，每个所述射频收发装置包括多个射频发射组件、多个射频接收组件和多个微波本振源；

所述射频发射组件连接所述第一信号处理板卡和所述微波本振源，用于产生所述高频信号；

所述射频接收组件连接所述第一信号处理板卡和所述微波本振源，用于对接收的所述高频信号进行变频处理后传输给所述第一信号处理板卡。

如上所述的量子控制系统，其中，可选的，所述射频发射组件和所述射频接收组件均包括IQ混频器。

如上所述的量子控制系统，其中，可选的，所述微波本振源采用微波点频频率源或可调本振频率源。

如上所述的量子控制系统，其中，可选的，每个所述射频收发装置还包括一个第二背板，每个所述射频收发装置的所述多个射频发射组件和所述多个射频接收组件均插接在所述第二背板的背板连接器上。

如上所述的量子控制系统，其中，可选的，所述第一背板和所述第二背板上均设有控制板卡和电源板卡；

所述第一背板上的所述控制板卡连接所述第一信号处理板卡、所述第二信号处理板卡和所述路由板卡，所述第一背板上的所述电源板卡为所述第一背板及其上的设备供电；

所述第二背板上的所述控制板卡连接所述射频发射组件和所述射频接收组件，所述第二背板上的所述电源板卡为所述第二背板及其上的设备供电。

如上所述的量子控制系统，其中，可选的，所述量子控制系统还包括时钟同步装置；

每个所述信号处理装置和每个所述射频收发装置连接所述时钟同步装置，所述时钟同步装置用于为所述信号处理装置和所述射频收发装置提供同一参考时钟。

如上所述的量子控制系统，其中，可选的，所述量子控制系统还包括中控装置，所有所述路由板卡连接所述中控装置，所述中控装置用于通过各所述路由板卡同步控制所述多个第一信号处理板卡和所述多个第二信号处理板卡。

如上所述的量子控制系统，其中，可选的，所述量子控制系统还包括服务器，所述中控装置和/或所述路由板卡与所述服务器通信。

如上所述的量子控制系统，其中，可选的，所述量子控制系统还包括服务器和网络交换机，每个所述射频收发装置通过所述网络交换机与所述服务器通信，所述路由板卡与所述服务器通信。

基于同一发明构思，本申请第五方面实施例提出了一种量子计算机，包括第四方面实施例任一项所述的量子控制系统。

基于以上任一方面，本申请提出的量子控制系统通过设置至少一个信号处理装置，每个所述信号处理装置包括一个第一背板，所述第一背板上的背板连接器通过插卡的方式插接有多个第一信号处理板卡、多个第二信号处理板卡和一个路由板卡。将所有所述第一信号处理板卡和所述第二信号处理板卡与所述路由板卡连接，通过所述路由板卡统一对外数据交互，利用所述多个第一信号处理板卡、所述多个第二信号处理板卡结合所述路由板卡实现量子控制系统的核心控制功能。相比于现有采用商用仪器构建方式搭建的量子控制系统，本申请的量子控制系统结构和布线复杂度更为精简，系统的集成度高；并设置至少一个射频收发装置，将所述第一信号处理板卡连接所述射频收发装置，通过所述射频收发装置配合与之连接的所述第一信号处理板卡产生和接收高频信号，通过所述第二信号处理板卡产生低频信号，其中，所述高频信号、所述低频信号用于量子比特的调控和读取，由此使得本申请的量子控制系统具备了量子比特调控和读取测量的全部功能。另外，所有所述第一信号处理板卡和所述第二信号处理板卡均通过所述路由板卡对外进行数据交互，有效提高了系统整体协调性，从而能够完整实现对超导量子芯片的高精度测控操作。此外，所述第一信号处理板卡和所述第二信号处理板卡的数量以及所述信号处理装置和所述射频收发装置的数量均能够根据量子芯片的量子比特位数测控需求进行设置，系统的可扩展性强，并由于采用了以背板连接器为高速接口实现了插卡式扩展，在扩展的同时可避免系统核心性能的降低，系统易于维护使用且系统整体协调性好。

本申请的目的还在于提供一种量子控制装置及量子控制系统，以解决现有技术中的缺陷和不足，本申请实施例能够实现对背板上不同功能模块选用的准确控制。

为实现上述目的，本申请第六方面实施例提供了一种量子控制装置，用于对量子芯片的测控集成背板进行控制，包括：

触发模块，用于输出触发信号；

开关模块，电连接所述触发模块，用于依据所述触发信号选通微控制器的工作通道；

微控制器，电连接所述开关模块，用于根据选通的工作通道设定对应的控制信号并输出，其中，所述控制信号用于控制所述测控集成背板进入对应的工作模式。

可选的，所述测控集成背板包括多个功能板卡；

所述开关模块包括多个自锁非复位开关，分别用于通过所述微控制器选通的工作通道控制所述测控集成背板的复位以及各个所述功能板卡的复位。

可选的，还包括第一输出模块，电连接所述微控制器，用于转发所述控制信号至所述测控集成背板。

可选的，还包括温控模块，分别电性连接所述微控制器和所述测控集成背板，用于监测所述测控集成背板的实时温度，并根据目标温度对所述测控集成背板的实时温度进行调节。

可选的，所述温控模块包括多个温度传感器和多个散热器，所述温度传感器和所述散热器分别电性连接所述微控制器；

多个所述温度传感器分别设置在所述测控集成背板上，所述温度传感器用于检测所述测控集成背板的实时温度，并将温度数据传输至所述微控制器；

所述散热器用于接收所述微控制器发送的所述温度数据生成温度调节信号，并根据所述温度调节信号和所述目标温度调节所述测控集成背板的实时温度。

可选的，还包括相互通讯连接的第二输出模块和终端设备；

所述第二输出模块电连接所述微控制器，用于上传所述微控制器、所述开关模块、所述测控集成背板以及所述温控模块的工作状态信息至所述终端设备；

所述终端设备用于接收所述微控制器、所述开关模块、所述测控集成背板以及所述温控模块的工作状态信息，并监控其工作状态。

可选的，所述第二输出模块采用WIFI模块、以太网接口、type-c接口或4G模块中的至少一种与所述终端设备建立通讯。

可选的，所述终端设备包括计算机、手机或者多媒体播放设备中的一种或者多种。

可选的，还包括电源模块，用于向所述微控制器、所述开关模块、所述触发模块以及所述温控模块供电。

可选的，所述微控制器为STM系列芯片、STC系列芯片或ARM系列芯片。

本申请第七方面实施例提供了一种量子控制系统，包括如第六方面实施例所述的量子控制装置。

基于同一发明构思，本申请第八方面实施例提出了一种量子计算机，包括第六方面实施例任一项所述的量子控制装置，或者，第七方面实施例任一项所述的量子控制系统。

与现有技术相比，本申请第六方面实施例提供的量子控制装置、第七方面实施例提供的量子控制系统以及第八方面实施例提供的量子计算机，具有以下有益效果：所述量子控制装置包括触发模块、开关模块以及微控制器，所述触发模块与所述开关模块电性连接，用于输出触发信号至所述开关模块，所述开关模块与所述微控制器电性连接，用于依据所述触发信号选通微控制器的工作通道，所述微控制器用于根据选通的工作通道设定对应的控制信号并输出，本实施例中，具体应用时，将所述微控制器与所述测控集成背板的控制端口连接，所述微控制器接收到所述控制信号后会根据所述控制信号进入对应的工作模式，其中，所述控制信号用于控制所述测控集成背板进入对应的工作模式。本发明通过增设开关模块和微控制器，具体通过开关模块选通微控制器的工作通道，然后控制信号从选通的工作通道输出至测控集成背板，测控集成背板根据所述控制信号进入对应的工作模式，从而实现对测控集成背板的工作模式的准确控制和自由控制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请一实施例所提供的一种量子控制装置结构示意图；

图2示出了本申请一实施例所提供的另一种量子控制装置结构示意图；

图3示出了本申请一实施例所提供的包括控制模块和散热组件的控制装置的结构示意图；

图4示出了本申请一实施例所提供的包括时钟同步电路的控制装置的结构示意图；

图5示出了本申请一实施例所提供的包括机箱和电源的控制装置的结构示意图；

图6示出了本申请一实施例所提供的量子控制系统结构示意图一；

图7示出了本申请一实施例所提供的量子控制系统结构示意图二；

图8示出了本申请一实施例提供的超导量子芯片内部结构组成图；

图9示出了本申请一实施例提供的量子控制系统的结构示意图三；

图10示出了本申请一实施例提供的包括第三信号处理板卡的量子控制系统的结构示意图；

图11示出了本申请一实施例提供的量子控制系统的结构示意图四；

图12示出了本申请一实施例提供的量子控制系统的结构示意图五；

图13示出了本申请一实施例提供的包括时钟同步装置的量子控制系统的结构示意图；

图14示出了本申请一实施例提供的包括中控装置和服务器的量子控制系统的结构示意图；

图15示出了本申请一实施例提供的包括服务器和网络交换机的量子控制系统的结构示意图。

图16示出了本申请一实施例提供的再一种量子控制装置的结构示意图。

附图标记说明：

10-控制装置，20-本振微波源，30-RF发射组件，40-高精度电压源，50-RF收发组件，60-中控装置，70-网络交换机，80-机柜，90-服务器，1-量子控制系统；120-背板，130-路由模块，140-量子态调控模块，150-频率调控模块，160-测量模块，1401-第一DAC单元，1501-第二AWG单元，1601-ADC/DAC单元，170-控制模块，180-散热组件，190-电源，110-机箱；

100-触发模块；200-开关模块；300-微控制器；400-测控集成背板；500-温控模块；600-终端设备；700-电源模块。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本申请中附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

一般地，一个量子芯片上设有多个量子比特(也可称之为量子位)以及数据传输线，每个量子比特包括相互耦合连接的探测器和量子比特装置，其中，量子比特装置可以为利用超导约瑟夫森结和对地电容构成的人造超导量子比特，探测器可以为谐振腔。量子比特装置上设置有第一控制信号线和第二控制信号线，与量子比特装置耦合连接的探测器上设有第三控制信号线，其中，第一控制信号线用于传输对量子比特装置进行量子态信息调控的量子态调控信号，第二控制信号线用于传输对量子比特装置进行频率参数调控的频率调控信号，而第三控制信号线既用于传输对探测器进行测量的测量信号又用于将探测器返回的读取回传信号输出，以实现对量子比特装置状态的间接读取测量。因此，用于量子芯片中量子比特调控和测量的量子控制系统需要生成并输出三种控制信号分别提供给第一至第三控制信号线，以实现对量子芯片中量子比特的调控和测量。

如图1所示，本申请的一个实施例提供了一种量子控制装置，所述控制装置10包括背板120、路由模块130和至少一个量子态调控模块140、至少一个频率调控模块150、至少一个测量模块160，所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150、所述测量模块160和所述路由模块130设置在所述背板120上的插槽中。所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150、所述测量模块160、所述路由模块130以及所述背板120可以形成用于量子芯片的测控集成背板。所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150、所述测量模块160均与所述路由模块130通信连接，通过所述路由模块130对外数据交互，以使所述量子态调控模块140和所述频率调控模块150分别输出初始量子态调控信号和初始频率调控信号以及控制所述测量模块160输出初始测量信号。

本申请实施例提出的量子控制装置中的所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150、所述测量模块160是对量子芯片中量子比特的调控和测量的全部功能单元，通过本申请实施例可以提供用于量子芯片中量子比特调控和测量的全部功能信号；整个控制装置采用了模块化结构设计，各所述量子态调控模块140、各所述频率调控模块150和各所述测量模块160和所述路由模块130均设置在一块背板120上的对应插槽中，集成度高；各所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150、所述测量模块160均与所述路由模块130通信连接，通过所述路由模块130对外数据交互，使得模块间的布线简单、清晰，易于扩展。

需要说明的是，本申请实施例的所述控制装置虽包括了完成量子芯片上的量子比特调控和测量的全部功能单元，但基于低成本、易集成和扩展、易维护、输出信号的高可靠性等因素考虑，在硬件架构方面，将所述控制装置10设计成为对量子芯片执行控制操作的量子控制系统的控制核心单元，而并不完全等同于完整的量子控制系统。因此本申请实施例的所述控制装置需要配套使用相关的辅助外围设备以形成完整的量子控制系统来完成量子芯片上的量子比特调控和测量操作。

具体的，所述路由模块130接收到外部服务器发送的量子计算任务后，向需要参与执行量子计算任务的所述量子态调控模块140和所述频率调控模块150发送量子比特调控指令和数据以及向所述测量模块160发送量子比特读取指令和数据，以使所述量子态调控模块140生成并输出包含量子态调控参数的初始量子态调控信号，所述频率调控模块150生成并输出包含量子比特频率调控参数的初始频率调控信号，所述测量模块160生成并输出包含量子比特状态读取参数的初始测量信号。

所述初始量子态调控信号发送至与所述控制装置配合使用的辅助外围设备处理成量子态调控信号并通过所述第一控制信号线提供给量子芯片以实现对量子比特装置的量子态信息调控；所述初始频率调控信号发送至与所述控制装置配合使用的辅助外围设备处理成频率调控信号并通过所述第二控制信号线提供给量子芯片以实现对量子比特装置的频率参数调控；所述初始测量信号发送至与所述控制装置配合使用的辅助外围设备处理成测量信号并通过所述第三控制信号线提供给量子芯片以对量子比特装置的状态读取测量；同时所述测量模块160还用于采集由所述第三控制信号线输出的量子比特装置的读取回传信号，并发送至所述路由模块130进行处理后输出至外部服务器。

另外，所述频率调控模块150还可以用于量子芯片中可调谐耦合量子比特的调控，因此，所述量子态调控模块140和所述频率调控模块150能够调控的量子比特位数大于等于所述测量模块160能够读取测量的量子比特位数。

需要注意的是，在图1中所述控制装置中各模块的数量为一个，在实际应用时，所述控制装置中各模块的数量可根据需要设置更多，在此不做限制，图1仅是为了便于本领域技术人员更好理解本申请技术方案所做的示意简图，不能视为对本申请的任何限制。在实际应用时，所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150、所述测量模块160的数量需要根据各模块的信号输出通道的数量结合需要调控和测量的量子芯片的量子比特位数进行设定，必要时也需要考虑量子芯片中存在可调谐耦合量子比特的情形。

需要补充的是，在实际应用中，所述第三控制信号线可以与所述探测器一一对应，但为了简化量子芯片的数据传输线结构，在量子芯片结构设计时也可以利用一根所述第三控制信号线对应多个所述探测器。例如，将一根所述第三控制信号线对应五个所述探测器，从而可以使用一根所述第三控制信号线实现对五个所述量子比特装置的状态读取测量。此种情况下，可以将一个所述测量模块160用于对量子芯片中五个量子比特的状态读取测量，此时，所述测量模块160的一路信号输出通道是输出一路初始测量信号，关于所述初始测量信号的合成与分解技术并不属于本申请保护的内容，在这里并不做详细介绍。

为了进一步提升所述控制装置所能调控的量子芯片中量子比特的数量，在本申请的一个实施例中，每个所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150和所述测量模块160的信号输出通道各设置为多路，即每个所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150、所述测量模块160的信号输出通道各为2路或2路以上，此时所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150、所述测量模块160可以输出的信号路数最大可达到各模块的信号输出通道数量。例如，当单个所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150和所述测量模块160的信号输出通道各为5路时，则此时所述控制装置能够调控的量子芯片中量子比特的数量将是单个所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150和所述测量模块160的信号输出通道为1路时数量的5倍。此时也有效提高了所述控制装置的集成度和可扩展性。

如图2所示，作为本申请实施例的具体实施，所述量子态调控模块140包括第一DAC单元1401或第一AWG单元，所述频率调控模块150包括第二DAC单元或第二AWG单元1501，所述测量模块160包括ADC/DAC单元1601或包括第三DAC单元或第三AWG单元和DAQ单元的组合；其中，所述第一DAC单元1401或第一AWG单元用于生成所述初始量子态调控信号；所述第二DAC单元或第二AWG单元1501用于生成所述初始频率调控信号；所述ADC/DAC单元1601或第三DAC单元或第三AWG单元用于生成所述初始测量信号并接收读取回传信号。需要注意的是，在图2中仅以所述量子态调控模块140包括第一DAC单元1401，所述频率调控模块150包括第二AWG单元1501，所述测量模块160包括ADC/DAC单元1601这一种实施方式进行示例说明，在实际应用时，所述控制装置中所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150和所述测量模块160的信号产生单元可根据需要选择不同的功能单元实现，在此不做限制，图2仅是为了便于本领域技术人员更好理解本申请技术方案所做的示意简图，不能视为对本申请的任何限制。

在量子控制系统中，用于对量子比特的量子态信息调控的第一控制信号线需要接收到包含量子态调控信息的微波脉冲信号，而该微波脉冲信号是基于所述DAC单元1401输出的所述初始量子态调控信号产生。用于对量子比特的频率参数调控的第二控制信号线需要接收到微波脉冲信号，该微波脉冲信号是基于所述第二AWG单元1501输出的所述初始频率调控信号产生。用于对量子比特的状态读取的第三控制信号线需要接收到读取脉冲信号，所述读取脉冲信号是基于所述ADC/DAC单元1601输出的所述初始测量信号产生。因此，所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150、所述测量模块160包括了对量子芯片中量子比特的调控和测量的全部功能单元。

所述路由模块130作为所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150和所述测量模块160对外数据交互的器件，需要具有数据转发与处理功能，并具备较高的数据传输时效性。一般可选用FPGA(Field Programmable Gate Array)、MCU(Microcontroller Unit))、MPU(Microprocessor Unit)或DSP(Digital Signal Processor) 等。作为本申请实施例的具体实施，所述路由模块130包括现场可编程逻辑门阵列(FPGA)，利用FPGA作为中央处理器，以此保证所述路由模块130具有较高的功能集成度和数据处理速度。另外还可以通过配套使用高速接口电路与所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150和所述测量模块160之间数据的高效、可靠地交互。

对于量子计算机中需要执行的量子计算任务来说，随着量子计算任务的种类和复杂度的提升，需要参与的量子比特数量也越来越多，即量子控制系统的输出通道也越来越多。针对需要执行的复杂量子计算任务，需要多个所述初始量子态调控信号和所述初始频率调控信号，即需要多个所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150共同作用，共同作用的所有模块输出的信号需要保持同步触发才能精准完成量子计算任务。

在本申请的一个实施例中，所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150和所述测量模块160均通过所述背板120上的通信线路与所述路由模块130通信连接。为了便于实现信号同步触发，在本申请的一个实施例中，各所述量子态调控模块140、各所述频率调控模块150、各所述测量模块160到所述路由模块130的触发信号传输线路长度分别相等，即属于同种功能类型的每个模块到所述路由模块130的触发信号传输线路等长，如每个所述量子态调控模块140到所述路由模块130的触发信号传输线路等长。由于各个所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150、所述测量模块160均与所述路由模块130连接，并由所述路由模块130作为数据收发站对外进行数据交互，因此设置各功能类型的模块到所述路由模块130的触发信号传输线路长度等长，可以有效保证所述路由模块130同时发送到多个所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150、所述测量模块160的触发信号同步，以使这些所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150、所述测量模块160对多个量子比特的量子态调控、频率调控及量子比特状态读取的相关操作信号可以同步触发，提高了量子计算任务执行结果的精确性。

可选的，在本申请的一个实施例中，各所述量子态调控模块140、各所述频率调控模块150和各所述测量模块160均以所述路由模块130为中心分布设置在所述背板120上的各个插槽中。通过这样一种位置布局可以保证各个所述量子态调控模块140、各所述频率调控模块150和各所述测量模块160到所述路由模块130的触发信号传输线路长度最短，可有效提高信号时效性。另外，这样一种位置布局设计也使得所述控制装置中总的通信线路的长度最短，可以有效节约硬件成本。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述路由模块130设置在所述背板120的中央位置，这样可进一步有利于实现各所述量子态调控模块140、各所述频率调控模块150和各所述测量模块160到所述路由模块130的触发信号传输线路长度最短化。此外，量子比特在执行量子计算任务时，对量子芯片施加的量子态调控信号、测量信号具有严格的时序要求，并且由于量子比特的相干时间短，量子比特对所述量子态调控信号、测量信号和采集信号的时效性比较敏感，因此，对所述量子态调控模块140输出的所述初始量子态调控信号和所述测量模块160输出的所述初始测量信号的时效性要求高，并且所述测量模块160在使用过程中一般不做校准。为了确保所述量子态调控模块140和所述测量模块160输出的信号具有长期稳定的高时效性，作为本申请实施例的具体实施，将各所述测量模块160紧邻所述路由模块130设置，将各所述量子态调控模块140环绕设置在所述路由模块130和/或所述测量模块160的两侧，而将各所述频率调控模块150环绕设置在所述量子态调控模块140的两侧，这样使得所述路由模块130和各所述量子态调控模块140、所述测量模块160之间的通信线路最短，同时也可确保各所述量子态调控模块140、所述测量模块160与所述路由模块130处于同一温区，两者之间数据交互时的线路延时短且信号受环境温度影响小。

通过前面对所述控制装置中各个器件的硬件结构的各种设计，在理想状态下通过硬件设计即可以实现保证各模块输出的对于多个量子比特的操控、测量和读取操作的信号同步触发了。然而在实际应用过程中，由于器件工作环境的温度变化、接插件的插拔等各种不可控的影响，依然会导致信号的延时出现误差，使得所述控制装置同时输出的对于多个量子比特的操控、测量和读取操作的信号同步触发难以保证，因此需要在每次任务开始前对同步触发进行校准(也可以理解为线路延时的校准)。为了实现对信号同步触发的校准，如图3所示，所述装置还包括控制模块170，所述控制模块170设置在所述背板120的插槽中，所述控制模块170用于通过所述背板120获取各所述量子态调控模块140、各所述频率调控模块150和各所述测量模块160的信号延时数据，并对外输出。由设置在所述控制装置外部的中控装置进行统一汇总处理。例如，所述中控装置可以根据延时数据情况，判断各个模块获得触发信号的延时情况，以协调不同模块的信号延时，使得所有的模块获得触发信号是等延时的。

此外，还可以使用模块时钟同步的方式来保证触发同步，如图4所示，所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150、所述测量模块160、所述路由模块130和所述背板120上均设置时钟同步电路，所有所述时钟同步电路采用同一时钟同步基准。其中，将位于所述背板120上的所述时钟同步电路作为时钟同步主控，将位于所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150、所述测量模块160、所述路由模块130上的各所述时钟同步电路作为时钟同步从属，由时钟同步主控管理各时钟同步从属以对所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150、所述测量模块160和所述路由模块130进行时钟同步控制，通过对所述控制装置中各模块进行时钟同步控制，可有效保证信号输出的时序是同步的。

可选的，如图3所示，在本申请的一个实施例中，为了确保所述控制装置内各器件能够稳定可靠地工作，所述控制装置还可以包括散热组件180，所述散热组件180连接所述控制模块170，所述控制模块170收到来自于所述控制装置内多处的温度信息，并根据温度信息来发送温度控制指令至所述散热组件180，以控制所述散热组件180工作于不同状态，以为所述控制装置内部器件提供较佳的工作环境温度，同时也有效避免器件工作环境的温度变化导致信号延时的影响。

可选的，如图5所示，在本申请的一个实施例中，所述装置还包括机箱110，将所述背板120、所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150、所述测量模块160和所述路由模块130集成设置在所述机箱110内。将整个所述控制装置装配在一个机箱110中，整机占用空间小，便于扩展。具体的，所述机箱110可以采用VPX机箱110、CPCI机箱110或者PXIE机箱110，在功能模块集成方面均能实现本申请实施例的量子控制功能需求。另外，为了进一步提高所述控制装置的集成度，可以将各所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150、所述测量模块160和所述路由模块130分别集成在一个板卡上，并将各板卡插入对应的所述插槽中，实现所述控制装置内的各所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150、所述测量模块160和所述路由模块130之间的集成组装。示例性的，所述量子态调控模块140优选采用基于FMC(The FPGA Mezzanine Card)的DAC板卡，所述频率调控模块150优选采用基于FMC的AWG板卡，所述测量模块160优选采用基于FMC的ADC/DAC板卡。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述控制装置还可以包括电源190，所述电源190设置在所述机箱110内。具体的，将所述电源190集成装配在所述背板120的电源190专用插槽中。优选地，所述电源190采用线性电源或开关电源。

如图6所示，基于同一发明构思，本申请的一个实施例还提出了一种量子控制系统1，包括至少一个如上述一些实施例提出的量子控制装置和多个辅助外围设备，所述辅助外围设备用于与所述控制装置配合以生成所述量子态调控信号、所述频率调控信号和所述测量信号以及接收所述读取回传信号，从而实现对量子芯片中量子比特的调控和测量操作。在本实施例中，所述辅助外围设备包括但不限于微波源、高精度电压源40、本振微波源20、RF发射组件30和RF收发组件50。其中，一个多通道所述量子态调控模块140结合一个所述本振微波源20和一个多通道RF发射组件30能够产生多路所述量子态调控信号；一个多通道所述频率调控模块150结合一个多通道高精度电压源40能够产生一个多路所述频率调控信号；一个多通道所述测量模块160结合一个所述本振微波源20和一个多通道RF收发组件50能够产生多路所述测量信号；同时，所述测量模块160能够通过所述多通道RF收发组件50接收多路所述读取回传信号。此外，还可以通过所述微波源配合所述高精度电压源产生约瑟夫森参量放大器(Josephson Parametric Amplifier，JPA)工作所需的泵浦信号。所述约瑟夫森参量放大器设置在所述第三控制信号线上，用于对所述读取回传信号进行放大处理，以保证所述控制装置获取到的是高精准的读取回传信号，确保量子计算任务执行结果的精确性。

如图7所示，在本申请的一个实施例中，所述量子控制系统1还可以包括至少一个机柜80，至少一个所述控制装置10和多个所述辅助外围设备设置在一个所述机柜80内，其中，每个所述机柜80中的所述辅助外围设备的数量根据多个所述控制装置10的需求设置，以实现与每个所述控制装置10的各所述量子态调控模块140、所述频率调控模块150、所述测量模块160和所述路由模块130的共同作用。另外，所述量子控制系统1还可以包括至少一个中控装置60，所述中控装置60与位于每个所述机柜80的每个所述控制装置10的所述路由模块130通信连接，以实现信号同步触发的功能，其通信线路可以选用网络交换机、高频线缆或网线直连的任一种或几种组合方式实现。

此外，所述量子控制系统1还可以包括服务器90，服务器90可以是单个服务器，也可以是一个服务器组。服务器组可以是集中式的，也可以是分布式的，例如，服务器90可以是分布式系统。所述服务器90用于产生并输出量子计算任务。所述服务器90与位于每个所述机柜80的每个所述控制装置10的所述路由模块130和所述中控装置60通信连接，其通信线路可以选用网络交换机、高频线缆或网线直连的任一种或几种组合方式实现。可选的，所述量子控制系统还可以包括至少一个网络交换机70，在每个所述机柜80内设置至少一个所述网络交换机70，各所述辅助外围设备通过所述网络交换机70与所述服务器90通信连接。

由此可见，随着量子芯片上量子比特位数的增加，在实现所述量子控制系统时，可以以所述控制装置10作为控制核心单元进行扩展即可，所述控制装置10能够调控和测量的量子比特位数也可按需扩展，通过按需设置所述辅助外围设备、所述中控装置60和所述网络交换机70结合所述服务器90实现所述量子控制系统1的量子芯片测控功能。由此使得构建的量子芯片专用的量子控制系统的体积和成本将大大缩减，具备高度集成和可扩展性，并且控制的量子比特数量可灵活配置，能够满足高量子位量子芯片的测控需求。

基于同一发明构思，本申请的一个实施例还提出了一种量子计算机，包括上述的量子控制系统1。

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子芯片是量子计算机的核心，量子芯片上集成有多位量子比特，为了保证量子比特的正常工作，需要搭建量子控制系统，通过量子控制系统中各种设备为每位量子比特提供各种控制信号，例如频率控制信号、量子态控制信号；此外对于量子比特运行完量子计算任务的结果，也需要进行读取测量。考虑到量子芯片必然持续扩展的性质，量子控制系统所需具备的核心功能是需要可扩展的。但是现有采用商用仪器搭建的量子控制系统的可扩展性差，系统的核心性能和整体协调性不佳。

为此，本申请实施例还提供一种量子控制系统和量子计算机，以解决现有技术中的不足，它能够用于完整实现对超导量子芯片的高精度测控操作，系统可扩展性和整体协调性好。

请参考图8，图8为本申请一示例性实施例提供的一个超导量子芯片的内部结构，一个超导量子芯片上设有多位量子比特以及数据传输线，每位量子比特包括相互耦合连接的探测器和量子比特装置。其中，量子比特装置上设置有比特调控信号线和磁通调制信号线，与量子比特装置耦合连接的探测器上设有读取总线。其中，比特调控信号线用于传输对量子比特装置进行量子态信息调控的量子态控制信号，磁通调制信号线用于传输对量子比特装置进行频率控制的脉冲信号，而读取总线既用于传输对探测器进行测量的测量信号又用于将探测器反馈的读取回传信号输出，以实现对量子比特装置状态的间接读取测量。其中，对探测器进行测量的测量信号为读取量子比特的读取输入信号，探测器反馈的读取回传信号为读取量子比特的读取输出信号。因此，用于超导量子芯片中量子比特调控和读取测量的量子控制系统需要生成并输出量子态控制信号、频率控制信号、读取输入信号分别提供给比特调控信号线、磁通调制信号线和读取总线。同时需要从读取总线中读取量子比特的读取输出信号，以实现对超导量子芯片中量子比特的调控和读取测量。

请参考图9，图9是本申请一示例性实施例提供的一种量子控制系统，所述量子控制系统包括至少一个信号处理装置和至少一个射频收发装置。其中，每个所述信号处理装置包括一个第一背板，所述第一背板的背板连接器上插接有多个第一信号处理板卡、多个第二信号处理板卡和一个路由板卡，所述多个第一信号处理板卡以及所述多个第二信号处理板卡均连接所述路由板卡；所述第二信号处理板卡用于产生低频信号。所述射频收发装置连接所述第一信号处理板卡，所述射频收发装置配合与之连接的所述第一信号处理板卡用于产生和接收高频信号。所述第一背板以及第一背板的背板连接器上插接的多个第一信号处理板卡、多个第二信号处理板卡和一个路由板卡可以形成用于量子芯片的测控集成背板。

其中，所述高频信号和所述低频信号用于量子比特的调控和读取。具体的，所述高频信号包括控制量子比特的量子态控制信号、读取量子比特的读取输入信号以及读取输出信号，所述低频信号包括用于量子比特和/或可调耦合器的频率控制的脉冲信号。由此使得本申请的量子控制系统具备了量子比特调控和读取测量的全部功能。可选地，所述低频信号可以为频率调控信号。可选地，所述高频信号可以为量子态控制信号和测量信号。

目前，在基于可调耦合器的超导量子芯片架构中，为了在两个量子比特间实现两比特量子逻辑门(简称“两比特门”)操作，利用可调耦合器实现两个量子比特的间接耦合，这种方案中两个量子比特通过可调耦合器中的虚光子实现量子态转换，从而实现两比特量子逻辑门操作。其中，可调耦合器的工作原理是通过调节可调耦合器的频率，用于可调耦合器的频率控制的脉冲信号亦是传输至相应的所述磁通调制信号线中。因此，对于基于可调耦合器的超导量子芯片的量子比特调控和读取，所述第二信号处理板卡产生的所述低频信号包括用于量子比特的频率控制的脉冲信号和用于可调耦合器的频率控制的脉冲信号，以满足不同对象的频率控制的功能需求；以使得本申请的量子控制系统具备更广泛的适用范围。

另外，所有所述第一信号处理板卡、所述第二信号处理板卡和所述路由板卡均通过插卡的方式插接在所述第一背板的背板连接器上，并利用所述多个第一信号处理板卡、所述多个第二信号处理板卡结合所述路由板卡实现量子控制系统的核心控制功能。

相比于现有采用商用仪器构建方式搭建的量子控制系统，本申请的量子控制系统结构和布线复杂度更为精简，系统的集成度高。通过所述信号处理装置和所述射频收发装置的配合，将所述第一信号处理板卡连接所述射频收发装置，通过所述射频收发装置配合与之连接的所述第一信号处理板卡产生和接收高频信号，通过所述第二信号处理板卡产生低频信号，所述高频信号和所述低频信号用于量子比特的调控和读取，由此使得本申请的量子控制系统具备了量子比特调控和读取测量的全部功能。所述路由板卡上设有对外的数据交互接口，所有所述第一信号处理板卡和所述第二信号处理板卡均通过所述路由板卡对外进行数据交互，由所述路由板卡进行统一调配，有效提高了系统整体协调性，从而能够完整实现对超导量子芯片的高精度测控操作。

可选的，请继续参见图9，本申请一示例实施例的所述量子控制系统中，所述路由板卡插接在位于所述第一背板中央位置的所述背板连接器上。所述多个第一信号处理板卡和所述多个第二信号处理板卡以所述路由板卡为中心分布在所述第一背板上。这样可以使得所述第一信号处理板卡和所述第二信号处理板卡到所述路由板卡上的信号线路长度最短化，有效节约系统成本的同时，可有效保证所述第一信号处理板卡和所述第二信号处理板卡与所述路由板卡交互的数据在信号线路传输时的信号线路延时最小化。

所述路由板卡作为所述第一信号处理板卡和所述第二信号处理板卡对外数据交互的统一调配器件，需要具有数据转发与处理功能，并具备较高的数据传输时效性。一般可选用FPGA(Field Programmable Gate Array)、MCU(Microcontroller Unit))、MPU(Microprocessor Unit)或DSP(Digital Signal Processor)等。作为本申请实施例的具体实施，所述路由板卡包括现场可编程逻辑门阵列(FPGA)，利用FPGA作为中央处理器，以此保证所述路由板卡具有较高的功能集成度和数据处理速度。另外还可以通过配套使用高速接口电路与所述第一信号处理板卡和所述第二信号处理板卡之间数据的高效、可靠地交互。

此外，所述背板连接器采用高速信号传输连接器，诸如VPX、CPCI、PXIe等总线使用的信号连接器，数据传输带宽可以高达10Gb/s，可以支持多种并行和串行传输协议，这在一定程度上也能够有效保证了所述信号处理装置上信号传输的时效性。

需要注意的是，在图9中所述信号处理装置和所述射频收发装置的数量为一个。其中，所述第一信号处理板卡、所述第二信号处理板卡的数量各为三个。在实际应用时，所述信号处理装置和所述射频收发装置以及所述信号处理装置中所述第一信号处理板卡、所述第二信号处理板卡的数量可根据需要设置更多，在此不做限制。图9仅是为了便于本领域技术人员更好理解本申请技术方案所做的示意简图，不能视为对本申请的任何限制。

可选的，所述第二信号处理板卡的输出信号可以直接带有直流偏置，可以直接用于量子比特和/或可调耦合器的频率控制，这样既简化了系统结构也一定程度上提高了可靠性，同时降低了系统成本。然而经申请人的研究发现，在不采用由低频信号和直流信号共同用于量子比特和/或可调耦合器的频率控制时，所获得的频率控制精度不甚理想。因此，请参见图10，本申请一示例实施例的所述量子控制系统中，各所述信号处理装置还包括多个第三信号处理板卡，所述多个第三信号处理板卡插接在所述背板连接器上，用于产生直流信号，所述直流信号包括用于量子比特和/或可调耦合器的频率控制的频率驱动信号。示例性的，所述用于量子比特和/或可调耦合器的频率控制的频率驱动信号和低频信号均通过所述磁通调制信号线送入超导量子芯片中。另外，所述第三信号处理板卡的数量可根据实际应用需要设置，在此不做限制。

可选的，所述多个第一信号处理板卡、所述多个第二信号处理板卡和所述第三信号处理板卡均具有多路信号输出通道和/或多路信号输入通道，每路信号输出通道能够输出一路信号，每路信号输入通道能够输入一路信号。每个所述射频收发装置的信号输出通道数量不少于与之连接的所述多个第一信号处理板卡信号输出通道的数量总和。通过增加信号输出通道和/或信号输入通道的数量，提高了每个所述信号处理装置的集成度，也有效提升了所述量子控制系统能够调控和读取测量的量子比特位数，以满足高量子位量子芯片的测控需求。

可选的，请参见图11，所述第一信号处理板卡包括第一AWG板卡以及DAQ板卡。其中，所述第一AWG板卡用于产生低频信号并传输至所述射频收发装置，所述射频收发装置基于所述低频信号产生并输出所述高频信号。所述低频信号包括初始量子态控制信号和初始读取输入信号，基于所述低频信号产生的所述高频信号包括量子态控制信号和读取输入信号。同时所述射频收发装置接收由所述读取总线输出的所述高频信号并进行变频处理后传输至所述DAQ板卡。所述读取总线输出的所述高频信号即为所述读取输出信号，所述DAQ板卡用于采集基于所述读取输出信号变频产生的低频信号，基于所述读取输出信号变频产生的所述低频信号为初始读取输出信号。

需要说明的是，所述第一AWG板卡包括FPGA，利用FPGA作为中央处理器设计实现，所述第一AWG板卡具有多路信号输出通道。其中，一路信号输出通道输出一路用于产生所述量子态控制信号或所述读取输入信号的所述低频信号。所述DAQ板卡具有多路信号输入通道，其中，一路信号输入通道接收一路基于所述读取输出信号变频产生的所述低频信号。需要补充的是，在实际应用中，所述读取总线可以与所述探测器一一对应，但为了简化超导量子芯片的数据传输线结构，在超导量子芯片结构设计时也可以利用一根所述读取总线对应多个所述探测器。例如，将一根所述读取总线对应五个所述探测器，以使用一根所述读取总线实现对五个所述量子比特装置的状态读取测量。

此种情况下，可以将与一根所述读取总线连接的一个所述第一AWG板卡和一个所述DAQ板卡用于对超导量子芯片中五个量子比特的状态读取测量。此时，所述第一AWG板卡的一路信号输出通道是输出一路所述初始读取输入信号，所述DAQ板卡的一路信号输入通道是输入一路所述初始读取输出信号。关于所述初始读取输入信号的合成与所述初始读取输出信号的分解技术并不属于本申请保护的内容，在这里并不做详细介绍。

需要说明的是，由于所述第一AWG板卡需要产生并输出所述初始量子态控制信号和所述初始读取输入信号两种类型的低频信号，而所述DAQ板卡只需接收所述初始读取输出信号。因此，所述第一AWG板卡的数量至少为两个，所述DAQ板卡的数量可以为一个。在图11中所述第一AWG板卡设置为两个以及所述DAQ板卡设置为一个。而在实际应用时，所述第一AWG板卡以及所述DAQ板卡的数量可根据需要设置更多，在此不做限制。图11仅是为了便于本领域技术人员更好理解本申请技术方案所做的示意简图，不能视为对本申请的任何限制。

此外，所述第一信号处理板卡还可以包括ADDA(Analog-to-Digital Convert/Digital-to-Analog Convert，模拟数字转换/数字模拟转换)板卡，利用一个所述ADDA板卡替代若干个所述第一AWG板卡和一个所述DAQ板卡。所述ADDA板卡一方面用于产生低频信号并传输至所述射频收发装置，在所述射频收发装置产生并输出所述读取输入信号，另一方面用于采集由所述射频收发装置对所述读取输出信号进行变频处理后产生的低频信号。所述ADDA板卡具有多路信号输入通道和多路信号输出通道。

可选的，请继续参见图11，所述第二信号处理板卡包括第二AWG板卡，所述第二AWG板卡用于产生所述低频信号。所述低频信号包括用于量子比特和/或可调耦合器的频率控制的脉冲信号。所述第二AWG板卡包括FPGA，利用FPGA作为中央处理器设计实现。

可选的，请继续参见图11，所述第三信号处理板卡包括DC板卡，所述DC板卡用于产生所述直流信号，所述DC板卡具有多路信号输入通道和/或多路信号输出通道。其中，一路信号输出通道输出一路所述直流信号。所述DC板卡具有高精度电压源的功能。

可选的，超导量子芯片的每根所述读取总线上设有一个所述参量放大器，用于放大所述读取输出信号，从而实现高保真度的读取量子比特的状态信息。请继续参见图11，所述量子控制系统还包括多个多通道微波源。所述多通道微波源产生的微波信号用于驱动参量放大器的泵浦信号。所述微波源的一个通道输出一路所述微波信号，一路所述微波信号可以用于驱动一个所述参量放大器。此外，所述第三信号处理板卡产生的所述直流信号还用于所述参量放大器的频率控制信号，以将所述参量放大器的工作频率调制到合适的频率位置。示例的，所述参量放大器可以为约瑟夫森参量放大器、阻抗匹配参量放大器等。

可选的，请参见图12，每个所述射频收发装置包括多个射频发射组件、多个射频接收组件和多个微波本振源，所述射频发射组件连接所述第一信号处理板卡和所述微波本振源，用于产生所述高频信号。所述射频接收组件连接所述第一信号处理板卡和所述微波本振源，用于对接收的所述高频信号进行变频处理后传输给所述第一信号处理板卡。示例性的，每个所述射频发射组件连接一个所述第一AWG板卡，由所述第一AWG板卡输出的所述低频信号和所述微波本振源输出的微波信号在所述射频发射组件中产生所述高频信号。其中，所述高频信号包括所述量子态控制信号和所述读取输入信号，所述低频信号包括所述初始量子态控制信号和所述初始读取输入信号。

所述射频接收组件连接所述DAQ板卡，由所述射频接收组件接收所述高频信号并和所述微波本振源输出的微波信号在所述射频接收组件中进行变频处理形成低频信号，所述DAQ板卡采集由所述射频接收组件产生的所述低频信号。其中，所述高频信号为所述读取输出信号，所述低频信号为所述初始读取输出信号。示例性的，所述射频发射组件采用二次变频技术或IQ混频技术产生所述高频信号，所述射频接收组件采用二次变频技术或IQ混频技术对接收的所述高频信号进行变频处理。

可选的，所述射频发射组件和所述射频接收组件均包括IQ混频器。每个所述射频发射组件和每个所述射频接收组件均具有多路信号输出通道和/或多路信号输入通道，所述射频发射组件和所述射频接收组件的一路信号输入通道或一路信号输出通道上均设有一个所述IQ混频器。示例性的，所述第一AWG板卡的输出端口连接所述射频发射组件的IQ混频器的I端口和Q端口，所述微波本振源连接所述射频发射组件的IQ混频器的LO端口，所述比特调控信号线和所述读取总线的输入端口连接所述射频发射组件的IQ混频器的RF端口；所述第一AWG板卡输出的所述低频信号和所述微波本振源输出的所述微波信号在所述射频发射组件的IQ混频器中混频产生所述高频信号。所述DAQ板卡的输入端口连接所述射频接收组件的IQ混频器的I端口和Q端口，所述微波本振源连接所述射频接收组件的IQ混频器的LO端口，所述读取总线的输出端口连接所述射频接收组件的IQ混频器的RF端口；所述读取总线输出的所述高频信号和所述微波本振源输出的所述微波信号在所述射频接收组件的IQ混频器中混频产生所述低频信号。

可选的，为了降低系统成本，所述微波本振源可以采用微波点频频率源，所述微波点频频率源能够输出多个微波点频频率信号。而为了提高系统集成度，所述微波本振源可以采用可调本振频率源。

可选的，请继续参见图12，为了进一步提高系统集成度和可扩展性，每个所述射频收发装置还包括一个第二背板，每个所述射频收发装置的所述多个射频发射组件和所述多个射频接收组件均插接在所述第二背板的背板连接器上。

可选的，请继续参见图12，为了进一步提高系统集成度和可扩展性，所述第一背板和所述第二背板上均设有控制板卡和电源板卡。所述第一背板上的所述控制板卡连接所述第一信号处理板卡、所述第二信号处理板卡和所述路由板卡，所述控制板卡的功能包括但不限于为用于监控所述信号处理装置的工作环境温度，所述第一背板上的所述电源板卡为所述第一背板及其上的设备供电。所述第二背板上的所述控制板卡连接所述射频发射组件和所述射频接收组件，所述控制板卡的功能包括但不限于用于监控所述射频收发装置的工作环境温度，所述第二背板上的所述电源板卡为所述第二背板及其上的设备供电。

可选的，请继续参见图12，为了进一步提高系统集成度和可扩展性，所述量子控制系统还包括插卡式机箱，每个所述第一背板和每个所述第二背板分别安装在一个所述插卡式机箱中。将基于所述第一背板的所述信号处理装置和基于所述第二背板的所述射频收发装置分别装配在一个插卡式机箱中，使得所述量子控制系统整机占用空间小，便于扩展。具体的，所述插卡式机箱可以采用VPX机箱、CPCI机箱或者PXIE机箱等具有高速信号传输功能的机箱，在功能模块集成方面均能实现本申请实施例的量子控制功能需求。

可选的，请参见图13，所述量子控制系统还包括时钟同步装置，用于为每个所述信号处理装置和每个所述射频收发装置提供同一参考时钟。此外，设置所述时钟同步装置还能够在一定程度上实现所述信号处理装置和所述射频收发装置的输出信号具有同一相位的功能。

示例性的，请继续参见图13，所述时钟同步装置包括一个时钟源和至少一个多路倍频基准。所述时钟源为每个所述多路倍频基准提供基准时钟信号，每个所述多路倍频基准连接一个所述信号处理装置和一个所述射频收发装置，以向每个所述信号处理装置和每个所述射频收发装置发送多路同一参考时钟信号。以为所述信号处理装置和所述射频收发装置提供同一参考时钟，使得所述第一信号处理板卡、所述第二信号处理板卡和所述路由板卡以及所述射频收发装置具有相同起始时刻点的工作时钟。示例性的，所述时钟源可以采用高精度的铷钟。利用铷钟产生10MHz的基准时钟信号，所述多路倍频基准根据实际应用需要进行5倍频、10倍频、20倍频甚至更多倍频处理后输出多路同一参考时钟信号。

对于量子计算机中需要执行的量子计算任务来说，随着量子计算任务的种类和复杂度的提升，需要参与的量子比特数量也越来越多，即量子控制系统的输出通道也越来越多。针对需要执行的复杂量子计算任务，需要多个所述初始量子态调控信号和所述初始频率调控信号，即需要多个所述第一信号处理板卡和多个所述第二信号处理板卡共同作用，共同作用的所有模块输出的信号需要保持同步触发才能精准完成量子计算任务。

可选的，请参见图14，为了实现多个所述第一信号处理板卡和多个所述第二信号处理板卡输出的信号能够同步触发，所述量子控制系统还包括中控装置，所有所述路由板卡连接所述中控装置，所述中控装置用于通过各所述路由板卡同步控制所述多个第一信号处理板卡和所述多个第二信号处理板卡。

此外，在所述路由板卡与所述第一信号处理板卡之间以及所述路由板卡与所述第二信号处理板卡之间均设有信号触发同步控制专用的信号线路。由所述路由板卡通过所述信号触发同步控制专用的信号线路传输同步控制指令以实现各所述第一信号处理板卡之间和各所述第二信号处理板卡之间的信号触发同步控制。所述中控装置发送一个触发指令至各所述路由板卡，所述路由板卡通过所述信号触发同步控制专用的信号线路发送同步控制指令使得所述多个第一信号处理板卡或所述多个第二信号处理板卡同步动作。并为了确保信号在所述信号触发同步控制专用的信号线路上的线路延时相等，进一步将所述路由板卡与所述第一信号处理板卡之间以及所述路由板卡与所述第二信号处理板卡之间的所述信号触发同步控制专用的信号线路设置为等长。由此使得所述量子控制系统的信号同步性能大幅提高，有利于实现高精确度执行大规模的量子计算任务。

可选的，请继续参见图14，所述量子控制系统还包括服务器，所述中控装置和/或所述路由板卡与所述服务器通信。所述中控装置与所述服务器之间的信息交互包括但不限于同步控制指令，所述路由板卡与所述服务器之间的信息交互包括但不限于量子计算任务数据。

可选的，请参见图15，所述量子控制系统还包括服务器和网络交换机，每个所述射频收发装置通过所述网络交换机与所述服务器通信，所述路由板卡与所述服务器通信。所述射频收发装置与所述服务器之间的信息交互包括但不限于所述射频收发装置的工作状态控制。此外，所述DC板卡和所述时钟同步装置也通过所述网络交换机与所述服务器通信。

基于同一发明构思，本申请的一个实施例还提出了一种量子计算机，包括上述的量子控制系统。

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行的高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机的特点主要有运行速度较快、处置信息能力较强、应用范围较广等。与一般计算机相比较起来，信息处理量愈多，对于量子计算机实施运算也就愈加有利，也就更能确保运算具备精准性。

量子芯片之于量子计算机就相当于CPU之于传统计算机，是量子计算机的核心部件。量子芯片上设置有多个量子比特，为了保证量子比特的正常工作，需要搭建专用的量子测控系统，在量子测控系统内设有多个功能模块以实现基于量子比特进行的量子计算，且多个功能模块集成在背板上。随着量子计算相关技术的不断研究推进，量子芯片上的量子比特位数也会逐渐增加，当量子芯片上的量子比特的位数提高至几百位、甚至几千万位，运行更多更复杂的量子计算任务时，背板上集成的功能模块也对应增加，导致对不同功能模块选用的控制难度增加，并且容易出错。因此，如何实现对背板上不同功能模块选用的准确控制是目前亟需解决的问题。

为此，本申请实施例还提供一种量子控制装置及量子控制系统，以解决现有技术中的缺陷和不足，本申请能够实现对背板上不同功能模块选用的准确控制。

本申请的核心思想在于提供一种量子控制装置及量子控制系统，通过增设开关模块和微控制器，具体通过开关模块选通微控制器的工作通道，然后控制信号从选通的工作通道输出至测控集成背板，测控集成背板根据所述控制信号进入对应的工作模式，从而实现对测控集成背板的工作模式的准确控制和自由控制。

为此，本申请提供了一种量子控制装置，用于对量子芯片的测控集成背板进行控制，请参阅图16，所述量子控制装置包括触发模块100、开关模块200以及微控制器300，所述触发模块100与所述开关模块200电性连接，用于输出触发信号至所述开关模块200，所述开关模块200与所述微控制器300电性连接，用于依据所述触发信号选通所述微控制器300的工作通道，所述微控制器300用于根据选通的工作通道设定对应的控制信号并输出，本实施例中，具体应用时，将所述微控制器300与所述测控集成背板400的控制端口连接，所述测控集成背板400接收到所述控制信号后会根据所述控制信号进入对应的工作模式。其中，所述控制信号用于控制所述测控集成背板400进入对应的工作模式。可选地，测控集成背板400可以是上述本申请实施例中提供的测控集成背板。

可见，本实施例中不是通过微控制器300直接控制所述测控集成背板400的工作模式选择，而是通过增设开关模块200，具体通过开关模块200选通微控制器300的工作通道，进而完成微控制器300通过选通的工作通道对测控集成背板400的工作模式的控制。这样，在对测控集成背板400进行控制时，可以任意编辑控制方式，例如，通过设置触发模块100输出触发信号至开关模块200的时间间隔实现对测控集成背板400的工作模式的定时选择，再例如，通过设置开关模块200的接线通道实现对测控集成背板400的工作模式的重启、切换等。其中，所述开关模块200的接线通道通常包括开关模块200接地线和开关模块200接触发模块100两种接线通道。

可选的，所述微控制器300为STM系列芯片、STC系列芯片或ARM系列芯片。

示例性的，所述测控集成背板400包括多个功能板卡，所述开关模块200包括多个自锁非复位开关，其中，一个自锁非复位开关用于控制所述测控集成背板400整个背板的上电、断电，其余自锁非复位开关分别用于控制所述测控集成背板400上各个功能板卡的上电、断电，以控制所述测控集成背板400进入不同工作模式。

可选的，所述自锁非复位开关通过微控制器300控制测控集成背板400上功能板卡的复位方式(即上、断电)包括热复位和冷复位两种复位方式，当所述微控制器300的一组通用输入输出引脚与所述功能板卡的开关电源芯片的使能引脚连接，实现所述功能板卡从没上电到加上电源，而自动产生的复位，即冷复位，当所述微控制器300的一组通用输入输出引脚与所述功能板卡的主供电芯片的使能引脚连接，实现所述功能板卡在已经上电的情况下，接收复位信号后进行的复位，即热复位。这样，在测控集成背板400出现故障时，可以通过开关模块200对测控集成背板400上各个功能模块进行自由的冷复位或者热复位。可选的，所述自锁非复位开关为钮子开关。

可选的，所述量子控制装置还包括第一输出模块(图中未示出)，所述第一输出模块电连接所述微控制器300，用于转发所述控制信号至所述测控集成背板400。具体的，所述第一输出模块包括用于与所述测控集成背板400上各个功能板卡连接的连接端口，在实际应用中，将所述量子控制装置通过所述第一输出模块与所述测控集成背板400上各个功能板卡的连接端口连接，即可实现对所述测控集成背板400的工作模式的控制，可见，本实施例提供的量子控制装置装配简单，集成度高，占地空间小。

示例性的，所述量子控制装置还包括温控模块500，所述温控模块500分别电性连接所述微控制器300和所述测控集成背板300，用于监测所述测控集成背板400的实时温度，并根据目标温度对所述测控集成背板400的实时温度进行调节。

具体的，所述温控模块500包括多个温度传感器和多个散热器，所述温度传感器和所述散热器分别电性连接所述微控制器300，多个所述温度传感器分别设置在所述测控集成背板400上，所述温度传感器用于检测所述测控集成背板400的实时温度，并将温度数据传输至所述微控制器300。所述散热器用于接收所述微控制器300发送的所述温度数据生成温度调节信号，并根据所述温度调节信号和所述目标温度调节所述测控集成背板400的实时温度。具体的，分别将所述温度传感器设置在所述测控集成背板400上靠近主发热源的位置处，以保证所述温度传感器检测到的实时温度的准确度。

可选的，所述散热器为静音风扇，具有调速功能。具体在应用中，所述静音风扇的设置数量与所述温度传感器的设置数量相同，对应的所述温度调节信号具体为对静音风扇转速调节的信号，所述静音风扇接收到所述温度调节信号后，对应调节自身转速，以实现对所述测控集成背板400的实时温度的调节。具体的，所述温度调节信号对所述静音风扇进行闭环调节，当所述实时温度与所述目标温度相差较大时，设置提高所述静音风扇的转速，当所述实时温度与所述目标温度相差较小或者持平时，设置降低所述静音风扇的转速或设置定转处理，以降低静音风扇的噪音及延长静音风扇的使用寿命。

可选的，所述量子控制装置还包括相互通讯连接的第二输出模块(图中未示出)和终端设备600，所述第二输出模块电连接所述微控制器300，用于上传所述微控制器300、所述开关模块200、所述测控集成背板400以及所述温控模块500的工作状态信息至所述终端设备600，所述终端设备600用于接收所述微控制器300、所述开关模块200、所述测控集成背板400以及所述温控模块500的工作状态信息，并监控其工作状态，以实现对其工作状态的远程监测和控制。可选的，所述第二输出模块采用WIFI模块、以太网接口、type-c接口或4G模块中的至少一种与所述终端设备建立通讯，所述终端设备600包括计算机、手机或者多媒体播放设备中的一种或者多种。

示例性的，所述量子控制装置还包括电源模块700，所述电源装置700用于向所述微控制器300、所述开关模块200、所述触发模块100以及所述温控模块500供电。

基于同一发明构思，本实施例还提供一种量子控制系统，所述量子控制系统包括图16所述的量子控制装置。

基于同一发明构思，本实施例还提供一种量子计算机，包括图16所述的量子控制装置，或者，包括图16所示量子控制装置的量子控制系统。

综上所述，本申请提供的图16所示的量子控制装置、包括图16所示量子控制装置的量子控制系统以及量子计算机，具有以下优点：所述量子控制装置包括触发模块、开关模块以及微控制器，所述触发模块与所述开关模块电性连接，用于输出触发信号至所述开关模块，所述开关模块与所述微控制器电性连接，用于依据所述触发信号选通微控制器的工作通道，所述微控制器用于根据选通的工作通道设定对应的控制信号并输出，本实施例中，具体应用时，将所述微控制器与所述测控集成背板的控制端口连接，所述微控制器接收到所述控制信号后会根据所述控制信号进入对应的工作模式，其中，所述控制信号用于控制所述测控集成背板进入对应的工作模式。本申请通过增设开关模块和微控制器，具体通过开关模块选通微控制器的工作通道，然后控制信号从选通的工作通道输出至测控集成背板，测控集成背板根据所述控制信号进入对应的工作模式，从而实现对测控集成背板的工作模式的准确控制和自由控制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

上述仅为本申请的优选实施例而已，并不对本申请起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本申请的技术方案的范围内，对本申请揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本申请的技术方案的内容，仍属于本申请的保护范围之内。

Claims

一种量子控制装置，其特征在于，包括：

背板、路由模块、至少一个量子态调控模块、至少一个频率调控模块、至少一个测量模块；

所述量子态调控模块、所述频率调控模块、所述测量模块和所述路由模块设置在所述背板上的对应插槽中，形成用于量子芯片的测控集成背板；

所述量子态调控模块、所述频率调控模块、所述测量模块均与所述路由模块通信连接，通过所述路由模块对外数据交互，以使所述量子态调控模块输出初始量子态调控信号、所述频率调控模块输出初始频率调控信号以及所述测量模块输出初始测量信号。
如权利要求1所述的量子控制装置，其特征在于，所述量子态调控模块和所述频率调控模块能够调控的量子比特位数大于等于所述测量模块能够读取测量的量子比特位数。
如权利要求2所述的量子控制装置，其特征在于，所述量子态调控模块、所述频率调控模块和所述测量模块均设置有多路输出通道。
如权利要求3所述的量子控制装置，其特征在于，所述量子态调控模块包括第一DAC单元或第一AWG单元，所述频率调控模块包括第二DAC单元或第二AWG单元，所述测量模块包括ADC/DAC单元、或包括第三DAC单元、或包括第三AWG单元和DAQ单元的组合，所述路由模块包括现场可编程逻辑门阵列。
如权利要求1所述的量子控制装置，其特征在于，各所述量子态调控模块、各所述频率调控模块和各所述测量模块均以所述路由模块为中心分布设置在所述背板上的插槽中。
如权利要求5所述的量子控制装置，其特征在于，所述路由模块到各所述量子态调控模块、各所述频率调控模块以及各所述测量模块的触发信号传输线路长度分别相等。
如权利要求6所述的量子控制装置，其特征在于，所述路由模块设置在所述背板的中央位置，各所述测量模块紧邻所述路由模块设置。
如权利要求1所述的量子控制装置，其特征在于，所述装置还包括控制模块，所述控制模块设置在所述背板的插槽中，所述控制模块用于获取信号延时数据，并对外输出，其中，所述信号延时数据来源于各所述量子态调控模块、各所述频率调控模块、各所述测量模块。
如权利要求1所述的量子控制装置，其特征在于，所述装置还包括散热组件，所述散热组件连接控制模块，所述控制模块根据所述装置内的温度信息发送温度控制指令至所述散热组件，以控制所述散热组件工作于不同状态。
如权利要求1所述的量子控制装置，其特征在于，所述量子态调控模块、所述频率调控模块、所述测量模块、所述路由模块和所述背板上均设置时钟同步电路，所有所述时钟同步电路采用同一时钟同步基准，用于对所述量子态调控模块、所述频率调控模块、所述测量模块和所述路由模块进行时钟同步控制。
如权利要求1-10任一项所述的量子控制装置，其特征在于，所述装置还包括机箱，所述背板、所述量子态调控模块、所述频率调控模块、所述测量模块和所述路由模块均设置在机箱内。
如权利要求11所述的量子控制装置，其特征在于，所述装置还包括电源，所述电源设置在所述机箱内。
一种量子控制系统，其特征在于，包括至少一个如权利要求1-12任一项所述的量子控制装置。
如权利要求13所述的量子控制系统，其特征在于，所述系统还包括辅助外围设备，所述辅助外围设备包括若干个本振微波源、RF发射组件、RF收发组件和电压源，所述本振微波源和所述RF发射组件配合所述控制装置产生用于量子比特的量子态信息调控的量子态调控信号，所述电压源配合所述控制装置产生用于量子比特的频率调控的频率调控信号，所述本振微波源和所述RF收发组件配合所述控制装置产生用于量子比特的状态读取的测量信号以及接收量子芯片返回的读取回传信号。
如权利要求14所述的量子控制系统，其特征在于，所述系统还包括若干个微波源，所述微波源配合所述电压源产生用于驱动约瑟夫森参量放大器的泵浦信号。
如权利要求15所述的量子控制系统，其特征在于，所述系统还包括至少一个中控装置，所述中控装置与所述控制装置的所述路由模块通信连接。
如权利要求16所述的量子控制系统，其特征在于，所述系统还包括服务器，所述中控装置、所述辅助外围设备、所述控制装置的所述路由模块均与所述服务器通信连接。
一种量子控制系统，其特征在于，包括：

至少一个信号处理装置，每个所述信号处理装置包括一个第一背板，所述第一背板的背板连接器上插接有多个第一信号处理板卡、多个第二信号处理板卡和一个路由板卡，形成用于量子芯片的测控集成背板，所述多个第一信号处理板卡以及所述多个第二信号处理板卡均连接所述路由板卡；所述第二信号处理板卡用于产生低频信号，所述低频信号为频率调控信号；

至少一个射频收发装置，所述射频收发装置通过所述路由板卡通信连接所述第一信号处理板卡，所述射频收发装置配合与通信之连接的所述第一信号处理板卡用于产生和接收高频信号，所述高频信号为量子态控制信号和测量信号。
根据权利要求18所述的量子控制系统，其特征在于，所述多个第一信号处理板卡和所述多个第二信号处理板卡均具有多路信号输出通道和/或多路信号输入通道，每个所述射频收发装置的信号输出通道数量不少于与之连接的所述多个第一信号处理板卡的信号输出通道的数量总和。
根据权利要求19所述的量子控制系统，其特征在于，所述路由板卡插接在位于所述第一背板中央位置的所述背板连接器上。
根据权利要求18所述的量子控制系统，其特征在于，所述高频信号包括用于控制量子比特的量子态控制信号和测量信号，所述测量信号包括读取量子比特的读取输入信号以及读取输出信号；

或，所述第一信号处理板卡包括第一AWG板卡以及DAQ板卡；

或，所述低频信号包括用于量子比特和/或可调耦合器的频率控制的脉冲信号；

或，所述第二信号处理板卡包括：

第二AWG板卡，所述第二AWG板卡用于产生所述低频信号。
根据权利要求18所述的量子控制系统，其特征在于，所述信号处理装置还包括多个第三信号处理板卡，所述多个第三信号处理板卡用于产生直流信号，所述直流信号包括用于量子比特和/或可调耦合器的频率控制的频率驱动信号；

或，所述第三信号处理板卡包括直流电源板卡；

或，所述量子控制系统还包括多个多通道微波源；

所述微波源产生的微波信号用于驱动参量放大器的泵浦信号；

所述第三信号处理板卡产生的所述直流信号还包括用于所述参量放大器的频率控制信号。
根据权利要求18所述的量子控制系统，其特征在于，每个所述射频收发装置包括多个射频发射组件、多个射频接收组件和多个微波本振源；

所述射频发射组件连接所述第一信号处理板卡和所述微波本振源，用于产生所述高频信号；

所述射频接收组件连接所述第一信号处理板卡和所述微波本振源，用于对接收的所述高频信号进行变频处理后传输给所述第一信号处理板卡；

或，所述射频发射组件和所述射频接收组件均包括IQ混频器；

或，所述微波本振源包括微波点频频率源或可调本振频率源；

或，每个所述射频收发装置还包括一个第二背板，每个所述射频收发装置的所述多个射频发射组件和所述多个射频接收组件均插接在所述第二背板的背板连接器上；

或，所述第一背板和所述第二背板上均设有控制板卡和电源板卡；

所述第一背板上的所述控制板卡连接所述第一信号处理板卡、所述第二信号处理板卡和所述路由板卡，所述第一背板上的所述电源板卡为所述第一背板及其上的设备供电；

所述第二背板上的所述控制板卡连接所述射频发射组件和所述射频接收组件，所述第二背板上的所述电源板卡为所述第二背板及其上的设备供电。
根据权利要求18-23任一项所述的量子控制系统，其特征在于，所述量子控制系统还包括时钟同步装置；

所述时钟同步装置用于为所述信号处理装置和所述射频收发装置提供同一参考时钟。
根据权利要求24所述的量子控制系统，其特征在于，所述量子控制系统还包括服务器和网络交换机，每个所述射频收发装置通过所述网络交换机与所述服务器通信，所述路由板卡与所述服务器通信。
根据权利要求25所述的量子控制系统，其特征在于，所述量子控制系统还包括中控装置，所有所述路由板卡连接所述中控装置，所述中控装置用于通过各所述路由板卡同步控制所述多个第一信号处理板卡和所述多个第二信号处理板卡；

或，所述量子控制系统还包括服务器，所述中控装置和/或所述路由板卡与所述服务器通信。
一种量子控制装置，用于对量子芯片的测控集成背板进行控制，其特征在于，包括：

触发模块，用于输出触发信号；

开关模块，电连接所述触发模块，用于依据所述触发信号选通微控制器的工作通道；

微控制器，电连接所述开关模块，用于根据选通的工作通道设定对应的控制信号并输出，其中，所述控制信号用于控制所述测控集成背板进入对应的工作模式。
如权利要求27所述的量子控制装置，其特征在于，所述测控集成背板包括多个功能板卡；

所述开关模块包括多个自锁非复位开关，分别用于通过所述微控制器选通的工作通道控制所述测控集成背板的复位以及各个所述功能板卡的复位。
如权利要求27所述的量子控制装置，其特征在于，还包括：

第一输出模块，电连接所述微控制器，用于转发所述控制信号至所述测控集成背板。
如权利要求27所述的量子控制装置，其特征在于，还包括：

温控模块，分别电性连接所述微控制器和所述测控集成背板，用于监测所述测控集成背板的实时温度，并根据目标温度对所述测控集成背板的实时温度进行调节。
如权利要求30所述的量子控制装置，其特征在于，所述温控模块包括多个温度传感器和多个散热器，所述温度传感器和所述散热器分别电性连接所述微控制器；

多个所述温度传感器分别设置在所述测控集成背板上，所述温度传感器用于检测所述测控集成背板的实时温度，并将温度数据传输至所述微控制器；

所述散热器用于接收所述微控制器发送的所述温度数据生成温度调节信号，并根据所述温度调节信号和所述目标温度调节所述测控集成背板的实时温度。
如权利要求30所述的量子控制装置，其特征在于，还包括相互通讯连接的第二输出模块和终端设备；

所述第二输出模块电连接所述微控制器，用于上传所述微控制器、所述开关模块、所述测控集成背板以及所述温控模块的工作状态信息至所述终端设备；

所述终端设备用于接收所述微控制器、所述开关模块、所述测控集成背板以及所述温控模块的工作状态信息，并监控其工作状态。
如权利要求32所述的量子控制装置，其特征在于，所述第二输出模块采用WIFI模块、以太网接口、type-c接口或4G模块中的至少一种与所述终端设备建立通讯。
如权利要求32所述的量子控制装置，其特征在于，所述终端设备包括计算机、手机或者多媒体播放设备中的一种或者多种。
如权利要求30所述的量子控制装置，其特征在于，还包括：

电源模块，用于向所述微控制器、所述开关模块、所述触发模块以及所述温控模块供电。
如权利要求27所述的量子控制装置，其特征在于，所述微控制器为STM系列芯片、STC系列芯片或ARM系列芯片。
一种量子控制系统，其特征在于，包括如权利要求1-10任意一项所述的量子控制装置。
一种量子计算机，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的量子控制装置，或者，如权利要求13-17任一项所述的量子控制系统，或者，如权利要求18-26任一项所述的量子控制系统，或者，如权利要求27-36任一项所述的量子控制装置，或者，如权利要求37所述的量子控制系统。