2026中研院QPU冬季Workshop

量子位元的操作需要精準的類比訊號，但研究者希望用可重複的程式描述實驗。Qblox 在這兩端之間提供整合控制系統：由 Cluster 機箱容納不同用途的模組，各模組的 sequencer 負責執行脈衝與讀出，再由 Scheduler 將較高層的實驗描述編譯成硬體指令。

此次課程先介紹控制模組、同步與即時執行，再帶入軟體排程，最後用超導量子位元的 tune-up notebook 練習。三場的共同問題是：如何讓「我要對 q0 做一個旋轉，再測量它」變成指定接頭在指定時間送出正確波形，並把量測資料存到正確座標。

Session 1：System intro——把不同訊號放進同一個控制系統

▲ Cluster 採用模組化設計。投影片將模組依照訊號類型排列：直流源負責偏壓，QCM 負責基頻輸出，QRM 加入輸入擷取；QCM-RF 與 QRM-RF 對應微波控制與讀出，另外還有圖中展示的 QRC 與數位時間標記模組。這裡先掌握最重要的分工：控制模組把波形送出去，讀出模組還要把回來的訊號量進來。照片是會議當時展示的產品配置，實際選型仍需要依訊號頻段、輸入輸出數量和通道用途決定。

▲ 五顆 transmon 的示意圖把模組與晶片線路對上了：QCM-RF 供應微波驅動，QRM-RF 經共用 feedline 發送與接收讀出訊號，QCM 則連到 Flux line。多顆量子位元的讀出共用一條線時，可以利用不同共振頻率區分訊號，也就是 frequency-multiplexed readout（頻分多工讀出）。因此，物理接頭數、sequencer 數與量子位元數之間不一定是一比一；設計時還要計算頻寬、同時操作需求和可用資源。

▲ 多通道控制有兩個不同問題：什麼時候做，以及依量測結果做什麼。圖中的 SYNQ 對應同步執行，LINQ 對應低延遲的回授連接；共同參考時脈則提供頻率基準。量子閘很在意通道之間的相對時序與相位，僅僅在主機端「差不多同時呼叫」兩個儀器並不足夠。投影片標示的回授與同步數字屬於講者展示的系統能力，不能直接當作包含線纜、積分量測與所有外部運算後的完整實驗延遲。

▲ Q1 Sequencer 內部把程式邏輯與即時訊號執行分開。Q1 core 處理迴圈、暫存器與運算，再把即時指令放進 RT queue；RT core 依照排好的時間線控制訊號路徑。這個設計讓程式可以先準備後續工作，脈衝則按確定的時間執行。如果前面的運算來不及供應指令、佇列耗盡，就會破壞這種安排，因此不是任何複雜程式都能毫無限制地塞進即時迴圈。Ref: Qblox 官方文件：The Q1 Sequencer

Session 2：Intro to the scheduler——把量子閘排成脈衝時間線

手動撰寫 Q1ASM 可以直接掌握底層操作，但當實驗包含多個量子位元、不同通道與多層掃描時，維護所有指令會變得繁瑣。此次介紹的 Qblox Scheduler 讓使用者以量子閘或脈衝描述實驗，再交由編譯流程連到控制模組。以下名稱與程式概念依現場投影片整理。

▲ 左側的 gate visualization 顯示量子演算法想做哪些操作；右側的 pulse visualization 則顯示驅動、磁通量與讀出通道何時送出什麼波形。兩張圖描述同一個實驗的不同層次。量子閘必須依照校正參數轉換為脈衝；若 q0 的 π 脈衝振幅更新，gate-level 程式可以維持相同的物理意圖，而底層波形使用更新後的值。校正之前或研究新閘時，則常需要直接在 pulse level 調整。

▲ 這張架構圖把兩種設定分開：Device config 描述量子元件及其操作參數，Hardware config 描述控制模組、接頭與訊號路由。使用者提出 schedule 後，HardwareAgent 結合設定檔，再交給 backend 編譯與執行。以「q0 的驅動脈衝」為例，程式中的名稱需要有一條明確的對應路徑，才知道它最後會從哪個模組、哪個接頭送出；設定錯了，即使程式成功執行，也可能根本沒有驅動到預期的量子位元。

▲ 投影片列出兩個容易混淆的操作：compile 負責編譯 schedule，run 則進一步執行並取得量測資料。這樣可以在真正送出訊號之前，先檢查編譯後的安排。HardwareAgent 也保存硬體與量子裝置設定的關聯。實驗的可靠性不只取決於能否產生波形，也取決於當次資料能不能追溯到所用的 schedule 與設定。Ref: 官方教學：Scheduler 與 HardwareAgent（補充概念，API 請對照安裝版本）

▲ 校正實驗常常同時掃描振幅、頻率或等待時間。左側用巢狀 loop 描述參數組合，右側示波器則展示實際的脈衝列；改變參數時，不必手動建立每一個完整波形檔。這能減少重複操作，也讓掃描順序變得明確。不過，示波器看到預期的波形，只能證明輸出端的部分行為，經過線路到達低溫晶片後的幅度與失真，仍需要另外評估。

▲ 資料的座標與脈衝一樣重要。這個例子把 amplitude 和 frequency 放進量測的 coords，因此回傳資料保留這兩個掃描維度，而重複量測的軸則用於平均。若原本要比較不同頻率，卻誤把頻率軸平均掉，最後可能只剩一條無法解讀的曲線。對單次讀出分類而言，個別 shot 的分布就是所需資料，也不能在分析前全部平均掉。程式設計時要先決定最終希望保留的是掃描曲線、二維圖，還是每次量測的結果。

Session 3：Hands-on——從設定檔到量子位元 Tune-up

▲ 最後一場由 Chih-Hsien Tseng, PhD（Quantum Success Engineer）帶領超導量子位元 tune-up 實作。上午認識的硬體與下午的 Scheduler，在這裡接回真正的實驗問題：如何找到共振器、量子位元頻率、正確的旋轉脈衝，以及如何評估相干性與讀出。

▲ 實作綱要先回顧控制架構與文件，再準備設定檔，接著操作帶模擬功能的 tune-up notebook，最後安排中研院 QPU tune-up。模擬或範例資料適合確認程式與分析流程，實際連接 QPU 才能量到當時晶片與量測鏈的狀態。兩者在 notebook 裡可能呈現很相近的圖表，因此閱讀結果時要連同執行模式與資料來源一起看。

▲ 工具箱列出的順序也反映實驗的相依關係。Time of Flight 先確認讀出回波抵達的延遲，避免積分視窗對錯時間；Resonator Spectroscopy 找到共振器，Punchout 與 Flux Spectroscopy 進一步檢查功率、磁通量與頻率的關係。找到量子位元頻率後，再做 Rabi、T1、Ramsey、Hahn echo 與單次讀出。RB 則用來檢查許多閘接在一起時的平均誤差。這是課程列出的工具範圍，並不表示現場每一顆量子位元都完成全部流程。

▲ 畫面展示 Rabi 分析：改變驅動振幅，讀出訊號呈現週期振盪，再由擬合決定 π 脈衝所需的振幅。圖中標示約 0.3850 a.u.，a.u. 表示這套設定使用的振幅尺度，不能當成量子晶片端的伏特數。更要留意上方程式保留了 dummy 模式讀取範例資料的分支，僅憑照片無法確定這張曲線來自當次真機、模擬或預存資料，因此這裡把它作為分析流程的示範，不當作中研院 QPU 的性能數據。

從曲線回到可使用的量子閘

以 Rabi 校正為例，理想共振驅動下，旋轉角度與脈衝的積分面積有關。固定包絡與時長時，可以先掃描振幅，找出從基態翻到激發態所需的 π 旋轉，再設定 π/2 等其他操作。但這只是第一輪：失諧、脈衝失真、漏到更高能階與串擾，都可能讓連續操作累積誤差。因此還要透過 Ramsey 微調頻率、調整脈衝參數，再以 RB 等方法驗證。

標準 RB 的衰減參數主要用來估計平均 Clifford 錯誤；若要估計特定閘，interleaved RB 需要將待測閘插入參考序列，再比較兩組衰減，且需檢查其噪聲假設。不能只看到一張 Rabi 曲線或一次量測成功，就宣稱量子閘已達到某個保真度。Ref: Magesan et al.：Interleaved randomized benchmarking

Qblox 這一天的安排，讓控制系統的各層分工變得具體：模組處理不同種類的訊號，sequencer 維持可預期的時序，Scheduler 把實驗組織成能編譯的流程，tune-up notebook 則把量測與物理參數更新接起來。當這幾層都能清楚對應，研究者遇到異常時，才比較容易判斷問題出在訊號路由、時序、參數，還是晶片本身。

更多校正步驟與圖形判讀，可接著閱讀 量子位元校正：重要知識、操作流程與校正圖。

圖片來源：2026 年 2 月 6 日 Workshop 現場照片。本文以當日展示的模組、軟體介面與實作為主；官方文件補充架構原理，後續版本新增功能不視為本次課程已實作的內容。