图为中国第四代自主量子计算测控系统“本源天机”。


　　本报讯（全媒体记者 韩如意）近日，记者从本源量子获悉，其联合中国科学技术大学、合肥综合性国家科学中心人工智能研究院等单位的科研团队创新性地提出一种新型分层微架构（HiMA），有效突破量子比特规模化扩展过程中的控制瓶颈，实现了量子比特可扩展性的提升，为千比特级及以上量子计算机的实用化发展提供了核心技术支撑。该架构已成功应用于102比特“本源悟空”量子计算机，相关研究成果为量子计算测控系统的高效化、可扩展化发展开辟了全新路径。
　　量子计算机在解决各类复杂计算难题方面展现出巨大潜力，尤其当量子比特规模扩展至数千量级时，有望在密码破解、材料研发、药物设计等领域实现革命性突破。然而，量子比特数量的持续增长不仅对硬件制造提出严苛要求，更给量子计算测控系统带来了重大挑战——作为量子计算机的“神经中枢”，测控系统须具备高效的并行处理能力、灵活的可扩展性，同时还要实现对海量量子比特的精准同步控制，这一难题长期制约着量子计算向更大规模、更高效率迈进。
　　传统量子计算测控系统主要采用集中式架构，通过单一控制单元管理所有量子比特操作并解析量子电路，虽能实现灵活的反馈控制并简化编译流程，但随着量子比特数量的增加，控制核心的资源开销、解析效率以及对I/O引脚资源的需求会显著上升，极大限制了系统的可扩展性。尽管去中心化架构成为发展趋势，通过多个控制单元分工管理量子比特，但量子计算领域特有的时序同步、反馈控制等问题，仍难以实现高效破解，同时量子比特利用率偏低的问题也亟待解决。
　　为破解上述瓶颈，研究团队立足量子计算规模化发展需求，创新设计了HiMA分层微架构——采用离散执行单元实现量子比特独立驱动与读取并通过异步测量提升控制精度和可扩展性；借助级联控制器的分层触发机制实现高效同步调度并降低资源开销；通过多处理方法实现量子进程级并行且利用交错触发机制缓解串扰导致的精度下降。该架构针对性优化分层控制系统中量子处理器扩展时产生的各类挑战，构建了高效、可扩展的量子控制解决方案。整个架构如同为量子计算机搭建了一套“分层协同指挥系统”，让每个量子比特都能精准响应、高效协同，同时实现多任务并行处理，大幅提升系统整体性能。
　　为验证HiMA架构的实用性与优越性，研究团队将其作为量子计算测控系统，部署在102比特的“本源悟空”超导量子计算机上，并通过三层级联架构，实现了最高6144量子比特的扩展能力，为未来千比特级量子计算机的部署提供了可行方案。