量子计算中数据存储和数据处理都是在量子比特中完成。对于超导量子计算,执行量子门操作时,需要产生一系列控制脉冲依次应用于量子比特上。正是由于这样的特性,超导量子计算依赖经典电子学来完成量子比特的操控和测量。目前商用测量仪器广泛应用于学术界的超导量子实验室中,但随着超导量子计算领域飞速发展,基于量子纠错的容错量子计算和嘈杂中等规模量子计算两条路线的发展对用于量子比特操控和测量的电子学系统提出了新的挑战:1)量子比特数量规模的不断扩大不仅使得电子学通道数大幅度增加,对系统的可扩展、集成度、同步性提出了更高的要求;2)由于量子底层电路的约束繁杂,目前已经开发的高级量子编程语言很难在真实量子比特上执行。电子学系统需要提高对底层电路的抽象能力,解决抽象量子算法和精确量子控制之间的矛盾问题;3)量子纠错算法要求量子反馈在百纳秒量级内完成,意味着电子学系统需要具备实时信号处理能力。针对这些新的挑战,本论文对现有的操控和测量电子学系统进行了调研,重点关注了操控和测量方法、量子反馈实现方法、系统可扩展设计以及系统控制体系四个方面。在充分调研后,本文对电子学方案设计的关键方法开展了研究。1)考虑到随着量子比特规模增加,操控和测量系统呈现出大规模量分布式数据转换的特点,模块化设计思路比较适合用于电子学架构设计,随着量子比特规模增大,我们只需要专注于各模块之间的组合关系。为了进一步提高集成度,本论文提出了“数字I/Q混频+模拟I/Q混频”的量子比特操控信号产生架构,其中基于数字混频的射频信号产生架构实现了微波操控信号的直接产生,相比传统的模拟混频方法,降低了一半的数模转换（Digital to Analog Converter,DAC）通道数,同时移除了模拟混频电路。2)借鉴经典处理器架构设计思路,在电子学系统中构建基于量子指令集的微控制架构来提高对底层电路的抽象能力。微控制架构方案可以基于开放标准指令架构RISC-V的工作平台设计。RISC-V CORE配合量子指令解码器可以执行由经典指令和量子指令混编的汇编语言,同时微控制架构易于实现“条件选择”“分支跳转”“循环”等操作,使得电子学系统具备实现复杂主动控制算法的潜力。3)针对低延迟的量子反馈需求,本论文基于现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）完成量子比特状态的实时测量,相比传统将测量探针信号数字化后上传至上位机再离线处理的方法,处理耗时和数据传输量都得到了数量级的缩短。在确定电子学设计中的关键方法之后,本文基于模块化的设计思路设计了电子学系统架构。为了保证能够对电子学系统方案进行充分验证,本文设计并实现了一个原型系统样机,系统样机由一个系统时序控制模块（System Timing Control Module,STCM）,两个中频任意波形发生模块（Intermediate Frequency Arbitrary Waveform Generator,IFAWG）,一个射频任意波形发生模块（Radio Frequency Arbitrary Waveform Generator,RFAWG）,一个高精度偏置电压产生模块（Bias Voltage Generator,BVG）以及一个数据采集模块（Data Acquisition,DAQ）构成,可以实现对三个超导量子比特的操控和测量。最后,本论文针对原型系统样机进行了电子学测试和量子比特表征实验。电子学测试结果表明,系统样机性能满足系统设计指标需求。此外开展了系统样机与Fluxonium超导量子比特的联调工作,完成了量子表征实验,能量豫弛时间T1≈90.18 μs,相位豫弛时间T2*≈19.7μs,实验结果验证了电子学系统方案的可行性。本工作针对大规模超导量子系统对操控和测量电子学系统提出的挑战,研究并设计了电子学系统方案,同时实现了原型样机系统验证了该方案的可行性,为接下来的系统大规模扩展提供了技术基础。