我们认识了量子世界里的两位重要角色。

一位是“孤独的光”——单光子发射器，负责一颗一颗地产生光子；

一位是“敏锐的眼”——单光子探测器，负责把最微弱的光信号看个明白。

但一台量子计算机要真正跑起来，还缺一位灵魂人物：它要告诉每一个量子比特什么时候做什么动作，还要时刻盯着设备运转是否正常。

这位幕后主角，就是量子测控系统——量子计算机的指挥家，也是它的神经中枢。

一、既要下指令，又要盯状态：量子计算机的“指挥家”

量子测控系统干的，归根结底是两件事：配置和控制计算过程，监测设备运行状态。

你可以把量子计算机想象成一支交响乐团：量子比特是乐手，量子程序是乐谱，而测控系统就是站在乐团前面的指挥家。

每个乐手的每一次起落，都由它精准调度；

演奏中任何一个音符走偏，它也要第一时间发现。

这位指挥家还得兼任调音师——量子态的读取、系统的校准、故障的定位，全都归它管。

具体来说，用户提交的量子程序，最终会被翻译成一系列微波或激光脉冲。

脉冲的频率决定“对哪个比特说话”，相位和幅度决定“做什么操作”，持续时间决定“做多久”。

测控系统负责把这些指令精确地送到每一个量子比特“手”上，再把计算结果读出来。

它是经典世界与量子世界之间的桥梁——没有它，再强大的量子芯片也无法工作。

图1 量子计算实验室：机柜中的测控电子设备与低温实验装置（图源：公开报道）

二、为什么这么难：在比深空还冷的地方，弹一场纳秒级的钢琴

量子测控难，难在“既要快、又要准、还得冷”。

超导量子计算机里，量子比特的工作温度约为10毫开尔文，比星际深空还要冷两个数量级以上。

在这样极端的环境下，操纵一个量子比特，需要向它发射只有几纳秒到几十纳秒长的微波脉冲，脉冲的幅度、相位、频率都要控制得极其精确——稍有偏差，量子比特就会“听错指令”，计算结果随之出错。

量子系统对控制精度要求极高，因此测控系统是保证任务能够按设定方式运行的重要组成部分。

比“发指令”更难的，是“听回音”。

读取量子态时，比特反射回来的信号极其微弱，必须依靠工作在低温环境的低噪声放大器逐级放大，才能从噪声里分辨出量子比特到底是0还是1。

而且这些参数还不是静态的：比特频率会漂移，门保真度会随电磁环境波动。

所以测控系统还要持续校准，出现异常时更要能定位问题出在芯片、低温环境还是电子学。

行业里有句直白的判断：“测控是量子计算的灵魂。

”这是相干科技创始人金贻荣的观点——芯片提供的是能力的上限，测控决定这个上限能兑现到什么程度。

“祖冲之号”量子计算原型机总师朱晓波在WAIC 2026上的提醒更为犀利：不要相信任何“千比特、万比特”的炒作，精度不足、错误率没降下来，规模再大都没有意义。

而精度与错误率的守门人，正是测控系统。

三、拆开看：指挥家的“四大件”

一套完整的量子测控系统，核心可以拆成波形发生、信号采集、时序同步、实时反馈“四大件”。

· 任意波形发生器（AWG）：负责“下指令”，把量子指令转换成精确的微波或激光脉冲波形，是操控量子比特的“键盘”；

· 高速模数采集（ADC）：负责“读状态”，把反射回来的微弱模拟信号转换成数字信号，解调判决出量子态是0还是1；

· 时序同步：成百上千个通道必须在同一时钟节拍下对齐，同步误差以皮秒计；

· 快速反馈：量子纠错要求系统在几百纳秒内完成“读取—判决—修正”的闭环，反馈慢了，错误就会扩散。

以中微达信最新的ZW-QCS580快速反馈量子计算测控系统为例，它按功能拆成XY操控、Z线控制、读取解模判决、反馈支持、测控支持几个单元，面向量子纠错和千比特级量子计算系统的控制需求设计，测控效率较上一代产品提升了10倍以上，并已完成大规模量子计算系统的整机集成验证。

这套系统的演化速度，也折射出整个行业的节奏。

2016年，苏黎世仪器公司与荷兰代尔夫特理工QuTech合作，推出了可支撑7个超导量子比特的集成测控系统；

2017年，是德科技做到100通道；

2018年，本源量子研制出40通道测控系统，这是国内第一套完整的量子计算机控制系统；

而今天，头部企业的产品已经瞄准千比特级——八年时间，通道规模放大了上百倍。

图2 中微达信ZW-QCS580量子计算测控系统：五大功能单元各司其职（图源：中微达信）

四、从机房搬进“冰箱”：低温CMOS的大趋势

测控系统最大的物理瓶颈，是那根从室温通向10毫开尔文的电缆。

今天，每一个量子比特都需要独立的测控线路。

比特数上千，就意味着上千根同轴电缆要像瀑布一样，从300K的室温一路穿进接近绝对零度的“冰箱”——热负荷、信号串扰、传输延迟和成本全部随之爆炸。

相干科技测算过：一台百比特规模的超导量子计算机，测控系统能占到整机成本的60%以上；

而且测控电子学和低温线路的数量与比特数近乎线性相关——比特翻倍，测控成本跟着翻倍，稀释制冷机的成本反而可以随规模摊薄。

测控由此成为量子计算走向规模化最难摊薄的一条成本曲线。

行业的解法，是把测控芯片“下沉”到低温端，这就是低温CMOS技术。

把控制电路做成耐低温的专用芯片，部署到4K甚至更冷的温区，紧挨着量子芯片工作，室温到低温的电缆数量就能缩减一个数量级。

英特尔、谷歌、IBM、微软等巨头均有布局，行业数据显示，低温控制芯片已能把单比特测控成本拉低约42%。

国内在这条赛道上，已经跑出了标志性成果。

中微达信联合电子科技大学、南方科技大学研发的“西岭”硅基量子比特操控芯片，基于65nm CMOS工艺，能在60毫开尔文的极低温下稳定运行，静态功耗仅60微瓦，操控精度达4.6微伏，先后入选集成电路顶级会议ISSCC 2025、刊发于IEEE《固态电路杂志》，并获《自然·电子学》推荐、评为该刊量子计算芯片领域年度亮点。

它与面向超导比特操控的“贡嘎”、面向超导比特读取的“峨眉”一起，构成了“蜀山”系列低温CMOS测控芯片组。

此外，中微达信的低温低噪声放大器已向国内外科研机构和企业交付，年销售额达数千万元，部分型号功耗仅为国际同类产品的几分之一。

图3 “蜀山”系列低温CMOS测控芯片组：贡嘎、峨眉、西岭（图源：中微达信）

图4 低温低噪声放大器等射频测控模块（图源：中微达信）

五、最贵的一环，也是最“卡脖子”的一环

如果说量子芯片是皇冠，测控系统就是皇冠上最值钱的那颗宝石。

光子盒研究院与iCVTank的预测显示：全球量子计算测控系统市场规模将从2022年的0.16亿美元，增至2025年的5.45亿美元，2030年达到约210亿美元；

到2035年，测控系统将以约996亿美元的规模、近40%的占比，超越量子芯片本身，成为量子计算产业链中价值最高的环节。

原因不难理解——系统控制与集成的复杂度，会随比特数加速攀升。

但格局上，这一环长期由海外巨头主导。

罗德与施瓦茨（收购了瑞士苏黎世仪器）、是德科技占据了全球测控系统绝大部分市场份额，荷兰Qblox等专精厂商紧随其后。

国产阵营里，中微达信、本源量子、国盾量子已经站稳脚跟：国盾量子作为“祖冲之三号”项目唯一企业参与主体，为其提供测控系统等核心组件；

中微达信2026年8月完成数亿元B轮融资，半年内连融两轮，其“量子计算测控系统及其核心芯片”还入选了工信部先进计算赋能新质生产力典型应用案例，是国内量子科技领域仅有的两家入选主体之一。

不过也要清醒地看到：在极低温制冷机与高端测控芯片环节，国产化率目前仍低于20%，追赶空间与追赶压力同样巨大。

图5 中微达信机架式量子测控设备：单台24路射频通道（图源：川观新闻）

六、结语：万比特时代，得测控者得天下

量子计算的竞争，正在从“谁的比特多”转向“谁的系统稳”。

当行业从原型机走向工程化、从物理比特走向逻辑比特，决定成败的不再是单点指标，而是测控精度、实时纠错和系统工程能力。

千比特时代，测控要解决通道扩展、信号串扰与快速反馈；

万比特时代，低温CMOS、高密度低温互连、量超智融合调度，每一项都是必须啃下的硬骨头。

从单光子发射器的“孤独的光”，到单光子探测器的“敏锐的眼”，再到测控系统的“精准的指挥家”——发射、探测、测控，三大件合璧，一台量子计算机才真正睁开了眼睛、挺直了脊梁。

量子时代的精彩大幕，正由这位幕后的指挥家，一纳秒一纳秒地指挥着拉开。

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