晶片製程：中研院物理所自研自製超導量子位元晶片（電子顯微鏡相片如上圖）

量測系統：圖中為中研院自製五超導量子位元晶片。圖右為超導量子電腦低溫稀釋制冷系統，晶片置於10mK位置。圖左為沿訊號讀取線與控制線依不同需求裝設微波衰減器/紅外線過濾器/參數放大器(TWPA)/低雜訊放大器(HEMT)。

單次脈衝讀取技術 : 單次脈衝讀取技術用於量子位元讀取，可將TWPA納入讀取路徑中以提高信噪比(SNR)，並顯示在I-Q 平面上（如上圖）。TWPA開啟和關閉情況的比較如圖所示，其中 TWPA開啟情況的SNR優於 TWPA關閉情況。

量子位元相干時間和量子狀態層析 : 下圖展示超導量子位元之相干時間T₁與T₂，以及對T₁的統計量測結果。Wigner tomography量測可用來識別重構後的量子態（例如：|0> + i|1>、|1>，以及 |0> - i|1>）。

單量子位元閘的隨機基準(Randomized benchmarking)測試：閘保真度指示量子電腦的性能。隨機基準測試(RB)用於檢索量子閘的錯誤並萃取出保真度，以表現量子電腦的性能（如上圖）。中研院自製量子位元之平均錯誤 r 為0.26％，導致單量子位元閘的平均錯誤為0.14％。

雙位元間的量子態交換：雙量子位元閘是通用量子電腦的基礎，下圖顯示了在 Q1、Q2 之間測得的狀態交換。

雙位元邏輯閘(Control-Z, CZ gate) : 實現 CZ 閘的脈衝方案之一是利用兩個耦合量子位元(Q1 和 Q2)之間的 |11> 和 |02> (或 |20>) 之間的 Rabi 振盪。如下圖所示，將 Q1/Q2 從其閑置磁通點帶到 CZ 操作磁通點(ω₁₁=ω₀₂)，啟動了 |11> 到 |02> Rabi。相應的脈衝方案顯示在下圖中，其中通過應用 π 脈衝，最初將 Q1 和 Q2 準備在 |11>，之後 Q1 通量偏置，使 ω₁₁=ω₀₂。在下圖中顯示了測得的 |11> 到 |02> Rabi 振盪。在 |11> 經歷完整的 |11> 到 |02> Rabi 振盪週期後，|11> 將獲得額外的 π 相位，這是CZ閘的基礎。

使用CNOT閘製作Bell態: CNOT閘其實是可以用兩個Hadamard閘夾者一個CZ閘而完成，而這個CNOT閘就是將一個在重疊態的位元傳播到下一個位元，形成兩個皆為重疊態(也就是糾纏態)的基本動作。如下圖所示，有了好的CNOT閘或是CZ閘，就可以容易做到兩個位元的糾纏態。如左下圖所示，如果先讓兩個位元皆在 |0⟩ 狀態，先使用Hadamard閘將第一個位元q0帶到重疊態，再使用一個CNOT閘將q1與q0糾纏，就可以形成最純的Bell態，也就是 |00⟩+|11⟩ 態。在斷層圖可以看到| |00⟩ 與 |11⟩ 有最高的實部機率(藍色柱)。

一維的五位元系統的操作：下圖所示的是五個位元晶片上每個位元的頻率分佈，與操作時的設定頻率。首先需要先量測每個位元的最高頻率(也就是sweet spot，用粗綠點線標示)，由這些頻率的分佈，我們先計算出各位元的閒置頻率(用粗藍色實現標示)，以及相鄰兩的位元的CZ操作頻率(以雙箭頭線標示不同顏色代表不同配隊)。

三個位元的GHZ態：在q0-q1 Bell態之後，繼續再用一個CNOT閘將q1-q2做糾纏，就可以完成三個位元的GHZ態。如果三個位元有完美的糾纏，GHZ態是  |000⟩+ |111⟩，在斷層圖可以看到 |000⟩ 與 |111⟩ 有最高的實部機率(藍色柱)。

多個位元的糾纏：繼續使用CNOT閘(在此以CZ閘及前後兩個Hadamard閘取代CNOT)，就可以擴展糾纏態到越來越多個位元，最終可以讓五個位元全都糾纏起來，就如下圖所示。

使用者介面：為便於操作，如上圖所示，我們建立了可以連接到雲端的使用者介面。在這頁面的左上角是我們提供給使用者的單位元及雙位元邏輯閘，使用者將這些邏輯閘拉到五線譜上就完成量子程式的編輯。右上角可以挑選要使用的量測系統或量子晶片或是simulator，也可以輸入要平均的樣本個數，右下角是以條列式表示的運算線路。最後只要按執行鍵(RUN)就可，這淺顯易懂的介面操作起來非常簡單。

規劃中的量子電腦系統架構：上圖所示為規劃中的完整量子電腦架構，紫色底部分為中研院的硬體系統、控制儀器(Quantum Machines、Qblox或是Keysight等公司產品)及其韌體、中介軟體、FPGA等部分，右下角綠色底部分為數據庫。右上角淺藍色底為外界的系統，包含compiler、automation、error suppression等這部分可能會銜接至HPC，HPC也會做simulator的工作、job 處理，最上層為user interface及管理程式。外界系統將經由QASM連接至內部的控制儀器乃至控制量子晶片QPU。

提供國內產學研界一個平台以開發量子電腦周邊設備：我們的五位元量子電腦雖然還是在雛型階段，但已經可以提供國內產學研界一個用以測試開發量子電腦周邊設備的平台。這量子電腦從底層起算，包含有量子晶片、量子位元控制系統及其韌體軟體程式、上層的編譯器及最上層的使用者介面。開發一台量子電腦有其重要意義，因為這是建立國內量子電腦生態系的最佳的平台。量子晶片是電腦的核心，也是最關鍵的元件，但超導量子晶片具有其特殊的製程條件與要求，不是現行半導體製程技術可以直接轉移的，因而是中研院南部院區的重點發展項目之一。量子位元的控制系統就是高速的數位電子儀器，這也是中研院的量子電腦提供給國內有興趣投入量子電腦產業的IT業者最佳的開發測試平台。量子電腦也將對接高效能電腦，一方面透過控制系統以校正量子位元，一方面也可以提供連接至人工智慧的管道並提升其效能。最後，整套低溫系統及其內部的高密度同軸線、高密度高頻接座及量子晶片的電磁屏蔽封裝盒等都挑戰了精密電子工業的技術高度。我們發表5位元量子電腦，已經引起國內外關注，包括外媒新聞如The Quantum Insider (https://thequantuminsider.com/2024/01/24/taiwans-5-qubit-superconducting-quantum-computer-goes-online-ahead-of-schedule/) 及 EE times (https://www.eetimes.com/taiwans-5-bit-superconducting-quantum-computer-goes-online/)