南方科技大学超导量子计算实验室主要围绕基于超导量子电路系统实现通用量子计算这一长远目标，在量子算法、量子操控、量子模拟、量子纠错、量子互联等领域开展科学研究，在多量子比特芯片的加工工艺、立体封装技术、微波测控硬件软件系统等方面解决一系列工程技术难题。在超导量子电路系统中，构成超导量子比特的核心器件约瑟夫森结，是一种由两块超导体中间夹一层薄薄的绝缘层所构成的“三明治”结构。这一宏观超导电路结构是超导量子计算的物理载体，它不同于其他量子计算方案的物理载体是自然界客观存在的微观粒子。基于这样一种宏观量子电路系统，超导量子计算具有如下特点：（1）超导量子比特芯片加工工艺与半导体行业微纳加工工艺相似，器件结构尺寸较大，成品率高；（2）超导量子比特之间耦合容易，耦合形式灵活多样，可扩展性高；（3）超导量子比特容易通过外部微波信号进行控制，量子门操控速度快；因此，基于上述优势，超导量子电路系统已逐步发展成为当前最有可能实现通用量子计算机的硬件平台之一。

南科大超导量子计算实验室正式启动于2020年春天，位于福田保税区国际量子研究院，实验室拥有超过600平方米的实验空间。到目前为止，实验室已经完成了包括多台大功率稀释制冷机系统、微波测量控制系统等一系列主要的大型设备的入驻。

图1 超导量子计算实验室环境

截止到2021年夏天，在短短的一年多的时间里，量子院超导量子计算实验室经历了快速的发展。我们目前已经总共安装运行了9套大功率稀释制冷机系统，为超导量子比特芯片提供了稳定的极低温的工作环境。同时也安装了多套微波测量控制系统，具有完备的多量子比特测试和表征能力。此外，我们的芯片加工中心具有成熟的超导量子比特芯片的设计、加工和封装的能力，可以提供稳定的超导量子比特芯片。我们从最开始的少比特量子芯片，逐步发展到现在20比特超导量子芯片。我们在量子比特数目稳步扩展的同时，逐步完成了对超导量子比特的高保真度量子逻辑门操控、多比特芯片自动校准、多比特芯片的立体封装工艺等一系列核心关键技术的开发。当前，我们正朝着中等规模的专用超导量子计算机系统构建的第一阶段目标稳步前进。

图2 多比特超导量子芯片封装样品

图3 微波测量控制系统

围绕基于超导量子电路系统实现通用量子计算机这一长远目标，我们已逐步发展了一系列关键的核心技术，在量子调控、量子算法、量子模拟、量子纠错和量子互联等领域开展了一系列前沿的科学研究，同时探索规模化的超导量子计算机系统构建的工程化之路。目前，超导量子计算实验室共有超过10名全职研究人员和多名硕士生、博士生等。我们也期待有更多的相关领域的研究人员、以及对超导量子计算有浓厚兴趣的学生加入我们的团队。

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徐源 xuy5@sustech.edu.cn