现代社会信息产业蓬勃发展,人们对于计算资源、计算能力的需求永无止境,但随着芯片加工尺寸接近原子量级,量子效应显现,晶体管电路逐渐接近性能极限,基于半导体产业的经典计算机计算瓶颈愈发显现,人们迫切需要探索新的计算方式。量子计算是一种利用量子力学原理调控信息单元从而完成计算任务的新型计算模式,其借助量子体系中的态叠加和纠缠特性可以实现并行计算,在特定的计算问题上,能够突破经典信息系统的计算极限,产生指数倍的算力提升,近年来在学术及工业界得到了迅猛发展。在量子计算的各种实现方案中,超导量子计算在其超导电路的设计、制备和测量方面与现有半导体技术具有极高的兼容性,具备规模化的潜力,再加上其在保真度、退相干时间等方面的优秀表现,目前得到了业内的广泛关注与发展。近年来谷歌、中国科学技术大学等机构相继利用超导量子计算方案实现了量子优越性,在特定问题上展现了计算优势。但这距离解决普遍问题的通用量子计算还有不小的距离,通用量子计算对逻辑错误率的要求极为严苛,比如实现量子计算中的颠覆性算法Shor算法要求逻辑错误率约低于10-12[1],但当前超导量子比特达到的逻辑错误率在10-2～10-3左右[2],因此通过量子纠错降低错误率是必不可少的。实现可纠错的超导量子处理器需要将多个物理比特编码成一个逻辑比特以提高比特容错率,并需要通过快速的测量、反馈、控制等过程对逻辑比特进行错误探测与纠正,这要求超导量子计算的电子学测控系统能够支持大规模的比特控制,以及实现快速的反馈纠错处理,这也是各大机构研发电子学测控系统时的重点攻克方向。作者在博士期间围绕可纠错超导量子处理器中的大规模控制和快速反馈纠错两个方向展开研究,主要内容包括:1.从电子学调控系统的角度出发,为提升调控系统的物理集成度,本文研究设计了一套集成化电子学调控系统,其中包括机箱结构、调控电子学、整系统时钟及同步结构。相较于国内首个量子优越性的祖冲之号量子处理器电子学测控系统[3-4],在物理集成度方面提高了约1.3倍。2.为改善大规模量子处理器复杂实验系统的实验效率问题,本文研究优化了两项高效率测控技术:1)高效率的分层通信机制,将调控系统中设备间及设备内部的各个通信环节进行分层,分别设计通信机制及通信协议,构建了一套便于扩展和移植的高速通信架构。2)高效率的实验调度方案,通过优化实验处理流程,并行调度各个实验任务,实现量子线路的流水化输出。将该技术在62个比特规模的电子学系统及24个比特规模的量子处理器中进行效率验证,与祖冲之号（优化前）相比,运行复杂的Xeb实验时,实验总时间与固定开销的量子线路输出时间的比值由1.9降低到了 1.3,实验效率约提升62%,单条量子线路的流水化程度由52%提升至约77%。3.为实现调控电子学对具备纠错功能的量子线路实验的支持,同时降低量子纠错闭环反馈控制中的环路延时,本文通过研究调控系统的反馈控制逻辑,设计了动态任意波形发生器,可实现量子比特调控波形的低延时实时调制输出。同时也支持非实时调制的直接输出模式,在该模式下量子比特调控波形在上位机中预先生成好,调控电子学直接控制输出波形。在直接输出与调制输出两种模式下,量子纠错闭环反馈控制的环路延时分别做到了 101.5 ns与133.5 ns,直接输出模式下的环路延时低于目前国内外全部已公开方案中的反馈延时。本文工作的创新之处在于:1.研制了调控电子学系统的分层通信机制和通信协议,优化了多量子比特调控数据的传输效率;提出并实现了高效率量子线路实验调度方案,具备支撑500以上量子比特高速、高精度调控的能力。2.研制了低延时动态任意波形发生器,可实时生成量子比特的调控波形,为实现量子纠错中的快速动态反馈奠定了基础。