量子计算性能评估基准研究报告 202412

1.前言 12.缩略语 23.量子计算研究进展 23.1.超导量子计算研究进展与产业化 33.2.光量子计算研究进展与产业化 83.3.离子阱量子计算研究进展与产业化 93.4.中性原子量子计算研究进展与产业化 3.5.量子计算性能评估研究进展 4.超导量子计算体系 204.1.超导量子计算概述 204.1.1.超导量子计算的基本原理 204.1.2.超导量子计算的优劣势分析 224.2.模块分类与技术指标 234.2.1.模块分类 234.2.2.量子处理器 244.2.3.低温低噪声平台 274.2.4.测控系统 304.2.5.模块指标小结 315.光量子计算体系 325.1.光量子计算概述 325.1.1.光量子计算的基本原理 325.1.2.光量子计算的优劣势分析 345.2.模块分类与技术指标 365.2.1.模块分类 365.2.2.量子光源模块指标 365.2.3.光量子线路模块指标 375.2.4.单光子探测器模块指标 375.2.5.模块指标小结 386.离子阱量子计算体系 406.1.离子阱量子计算概述 406.1.1.离子量子计算的基本原理 406.1.2.离子阱量子计算的优劣势分析 426.2.模块分类与技术指标 436.2.1.模块分类 436.2.2.光源模块 446.2.3.光控模块 466.2.4.电控模块 486.2.5.真空囚禁模块 516.2.6.模块指标小结 527.中性原子量子计算体系 557.1.中性原子量子计算概述 557.1.1.中性原子量子计算的基本原理 567.1.2.中性原子量子计算优劣势分析 587.2.模块分类与技术指标 597.2.1.模块分类 597.2.2.激光光源系统 7.2.3.激光调制系统 7.2.4.核心物理系统 7.2.5.控制系统 7.2.6.模块指标小结 8.不同体系量子计算评估技术 658.1.基础测控指标 658.2.综合性能指标 698.3.应用性能指标 729.总结与展望 769.1.主要研究结论 769.2.未来工作建议 7610.参考文献 77量子科技产学研创新联盟量子计算性1却是一项极具挑战的任务。尽管性能评估对于指导量子计算技术的发展和优化同维度来评估和比较量子计算机的性能。这种多维度的评估方法能够更全面地第3章：对量子计算的基本概念、原理及不同物理体系下量子计算机硬件的第4章：超导量子计算体系。分析超导量子计算的架构和模块组成，研究模量子科技产学研创新联盟量子计算性2第5章：光量子计算体系。分析光量子计算的架构和模块组成，研究模块级第6章：离子阱量子计算体系。分析离子阱量子计算的架构和模块组成，研第8章：不同体系量子计算评估技术。研究不同体系量子计算机之间比较的第9章：总结与展望。总结本报告研究的主要观点与结论，以及对于未来工2.缩略语SFQ：单磁通量子（Superconduct3.量子计算研究进展量子科技产学研创新联盟量子计算性3的经典计算有着本质的区别，主要体现在量子比特（qubits）的使用上。量子比超导量子比特主要基于约瑟夫森结，最早由日本的Nakamura等人于1999年展性而受到广泛关注。2004年，Wallraff等人展示了在固态系统中可以实现强耦合状态，并且实验观察到了超导两能级系统与单个微波光子的相干相互作用。2006年，Steffen等人实现了单次测量完成超导量子比特的量子态层析。20IBM公司首次在网络上云端上线5比特量子计算机。同年，来自Google公司的Martinis小组发文宣布使用9比特的超导量子系统成功仿真了一个氢原子。次年量子科技产学研创新联盟量子计算性4展会上，英特尔公司展示了49比特的超导量子芯片。谷歌紧随其后于2018年3月性实验，利用53个量子比特进行了随机线路采样实验，量子处理器在200秒左右的时间内从量子电路中采集了100万个样本，而当时最强大的超级计算机大约需要1万年的时间才能完成这一任务。虽然随后经典模拟算法的改进，谷歌的量子优越性不断受到挑战和质疑，但这是超导量子计算发展中的一个重要里程碑。2021年，中国科学技术大学构建了66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二机线路取样问题的速度比目前最快的超级计算机快7个数量级，计算复杂度比谷歌公开报道的53比特超导量子计算原型机“悬铃木”提高了6个数量级（“悬铃木”处理“量子随机线路取样”问题比经典超算快2个数量级），这一成果是我国继光量子计算原型机“九章”后在超导量子比特体系首次达到“量子计算优越性”里程碑，使得我国成为目前唯一同时在两种物理体系都达到这一将多个芯片互联起来。2012年，来自苏黎世联邦理工学院的Wallraff等人成功将大学的Schoelkopf等人在两个独立的超导腔量子储存器之间实现了量子态，态传输速率大于损失速率，使建立复杂网络成为可能。2020年，Wallraff等人将两个相距5米的稀释制冷机改造并将低温区连接起来，实现了在不同制冷机的两个芯人用1米长的铌钛线将两个独立封装的超导量子芯片连接起来，并实现了三比特的保真度提升到99%以上，达到了单芯片水平，并实现了跨3个芯片的的12比特量子科技产学研创新联盟量子计算性52009年，DiCarlo等人通过两比特超导处理器演示了Grover搜索算法和中3比特演示了Shor算法，实现了对于15的质因数分解。2020年，谷歌成功用12大学和清华大学联合团队在超导量子芯片上首次采用全数字化量子模拟方式展成的一维链，在约240层量子线路演化过程中观测到时间平移对称性只在系统边级的误差抑制。同年，中国科学技术大学潘建伟院士团队利用基于自主研发的量子科技产学研创新联盟量子计算性6够被有效压制。实验中比较了49个量子比特组成的距离为5的表面码和17个比特组成的距离为3的表面码，经过25轮纠错后，错误率由3.0%降低值2.9%。同年，了逻辑量子比特的相干寿命达到805微秒，超过了该系统中不纠错情况下最好产业生态建设，其发布的Qiskit是全球应用最广泛的开源量子计算软件框架，它Qiskit提供了一套丰富的工具和库，支持量子编程、量子信息科学教育以及量子量子科技产学研创新联盟量子计算性7与“祖冲之二号”系列超导量子计算机算力，实现了“天翼云”超算能力和176机“本源悟空”成功上线云平台，具有72个计算比特和126个耦合器比特。该量子计算机已为全球125个国家的用户完成了超过25万次运算任务，全球访问次数量子科技产学研创新联盟量子计算性8某些特定的问题上量子计算机相对经典计算机具有优越性，例如Shor算法在大数分解问题上实现了指数级的速度提升；Grover算法在搜索问题上得到了的加五光子玻色采样，同时计划将单光子源效率提高到74%。2019年王辉等人使用Lund等人提出了散射玻色采样。即用n2个单光子源，记录输出n个光子的样本。本着同样的精神，Aaronson等人提出了考虑光子损失的玻色采样。即输入n+k个光子，输出n个光子，其中k个光子被损失改进，成功率从指数下降变为线性下降，但2020年钟翰森等人利用高斯玻色采样方案研制的“九章”第一次在光子体量子科技产学研创新联盟量子计算性9量子计算原型机。2023年，中科大联合团队发布了255光子的“九章三号”光量在商业应用方面，玻色量子公司推出了其100量子比特的相干光量子伊辛机量子科技产学研创新联盟量子计算性斯布鲁克大学的Blatt组和AQT公司联合发布了具备8个离子的qudit系统，并在此在离子阱系统中增加量子比特数量主要由三种路径：量子电荷耦合架构（QCCD:Quantumcharged-coupledevice）,光量子计算网络和单个离子阱系且即使在微波操控下也做到了120us的双比特门时间，实现了全微波离子量子计量子科技产学研创新联盟量子计算性实现千公里级别的连接。2020年牛津大学的Lucas组实现了两个独立离子阱系统之间的离子纠缠态制备,并且将不同种类离子之间的逻辑门保真度提升到99.8%，突破了容错阈值;2023年因斯布鲁克大学的Blatt组实现了分别位于两栋楼宇的离子之间的纠缠连接，二者距离230米。2024杜克大学的Monroe组首次实现了以近期还以光子为媒介以高达250Hz的纠缠速率和94%的保真度实现了两个离子中实现了包含105离子的二维晶格的稳定囚禁。2024年，清华大学段路明组在基于4K低温系统的一体化阱中实现了超过500个离子的稳定囚禁，并用300个离子实现了超过1小时的相干时长。离子阱量子计算的一大缺点是双量子比特逻辑门量子科技产学研创新联盟量子计算性等人则提出了脉冲调制（pulseshaping）的逻辑门方案。2017年马里兰大学的Morone组利用SDK方案实现了双比特逻辑门，逻辑门耗时18.5μs;2018年牛津大学的Lucas组采用脉冲调制方案，实现了耗时1.6μs的双比特逻辑门，保真但该方法要求离子处于声子模基态,对环境影响较为敏感。1999年Mølmer和Sørensen提出的MS纠缠门，以及2003年Leibfried在实验上实现的光频移门摆脱一方法，马里兰离子阱组首先构建了5离子量子比特可编程量子计算机，随后又量达到56，平均双量子比特门保真度高达99.计算通过对量子线路的优化，可以防止错误的扩散。在离子阱系统中，NIST的Wineland组于2004年在3离子系统中实现了对单比特相位翻转错误的纠正；2011年，因斯布鲁克大学的Blatt组在3离子系统中实现了多轮纠错；2021年IonQ公司量子科技产学研创新联盟量子计算性和马里兰大学的Monroe组在13离子系统中实现了逻辑量子比特的容错操作；Blatt组实现了容错的全套通用量子比特门，这其中包含两个逻辑比特之间的CNOT门和对通用量子计算来说至关重要的单比特T门。2022年Quantinuum公司辑量子比特的GHZ态，保真度为99.5±0.1将从NISQ时代算法和FTQC时代算法两个方面来介绍离子阱量子计算机的应用子比特参与计算，最高进行了178次双比特逻辑门操作；在没有任何误差缓解技量子科技产学研创新联盟量子计算性化学计算场景中的巨大潜力。在金融领域方面，Sanz-Fernández等人利用证明在同样的计算成本下量子计算产生的统计误差比经典算法给出的要更小。Zhu，D等人提出了基于最大量子纠缠态的量子算法，并应用于金融风险管理和衍生品定价中，经过IONQ公司离子量子计算机运行验证，其量子计算给出的风险预测结果优于经典计算。在生物制药方面，Quantinuum利用离子量子计算机的又一新的方向。在机器学习方向，IONQ在具有11个量子比特的离子量子计算在NISQ时代，通过运行量子变分算法实现量子计算机的应用是一种常见的优化。实验技术方面，C.Monroe等人在具有40个量子比特的离子量子计算系统中，实现了一种低深度量子近似优化算法(QAOA)，估计了ising模型的基态，是种为离子量子计算系统硬件而量身定制的高效量子变分算法ansatz，放弃传统的两比特门，利用了所有离子之间可编程的单量子比特旋转和全局自旋-自旋相互1994年，PeterShor在理论上提出了利用量子计算实现质因数分解和求解离要量子逻辑门错误率低，相干时间长。Preskill将含噪中等量子(NISQ)计算机定义为大规模容错量子计算机(FTQC)道路上的中间一环。因此，在探索NISQ量子量子科技产学研创新联盟量子计算性Quantinuum和Microsoft合作发布了量子纠错的最新进展，他们基于QCCD方案先物理比特的1/500和1/800，远超盈亏点，逻辑比特之间的量子逻辑门操作的错误率最低达到10-8，是迈向通用容错量子计算的重要逻辑量子比特。除此之外，Quantinuum在离子量子计算机中将量子态隐形传态习等领域。例如，2021年IonQ与1QBit和Dow合作研究了电子轨道模拟算法，模拟了10个氢原子组成的环形分子，将20量子比特的系统分解为10个2比特问题，并在IonQ的离子阱量子计算机上进行了实验验证，显示了利用NISQ机器去模拟量子科技产学研创新联盟量子计算性quantumcomputing合并成立，56比特的H2,其平均双比特门保真度达到99.8%，量子体积218。基于优异的硬件且制备了四逻辑比特的GHZ态，其保真度介于99.5%至99.7%之间，超过相应物理除此之外，Quantinuum还发布了首个基于量子计算机的密钥生成平台Quantum算化学软件平台，继承了VQE等各类算法，已经产生相当丰富的应用案例。例如量子科技产学研创新联盟量子计算性展了原子阵列确定性制备技术，将原子阵列的规模提升到200个以上；美国Saffman团队发展了基于声光偏转器的二维原子量子比特阵列中单比特门、两比特门独立寻址技术，实现了包含6个量子比特的量子线路演示。中科院精测院詹优化问题当中的远程相互作用，有许多研究小组提出了相应的解决方法。基于李晓鹏团队提出一种3维编码的方法可以用来求解Ising/QuBo问题。美国的Lukin小组提出了一种通用的编程架构可以用来在基于Lechner–Hauke–Zoller(LHZ)模型提公司、AtomComputing公司、供哈密顿量的模拟服务。AtomComputing公司在其100+量子比特的Phoenix量子量子科技产学研创新联盟量子计算性时商业平台上有史以来最长的相干时间，而弛豫时间T1几乎是无限的。法国的PASQAL公司利用中性原子模拟量子计算在药物发现中进行溶美国国防高级研究计划局（DARPA）推出量子基准测试项目（Quantum），量子科技产学研创新联盟量子计算性图1中国信通院提出的量子计算基准测评体系架构4.超导量子计算体系对被凝固在基态，使得材料表现出宏观量子量子（SFQ）超导电子学和超导量子比特的最核心器件。约瑟夫森结的电学特性利用超导材料制备的电感电容等非耗散器件构成的LC谐振子量子系统满足方便比特、磁通量子比特和相位量子比特，还有基于基础类型演化出的Quantronium比特、Transmon比特以及Fluxonium比特等。超导量子比特设计上需要兼顾相干控制线路，这往往会引入更多的噪声源导致比特相干性能下降，Fluxonium比特超导量子计算下一步的核心目标是在提升比特操控保真度的同时不断拓展量子科技产学研创新联盟量子计算性子计算机还比较遥远，在NISQ量子计算硬件系统上，探索有实用价值的应用也般工作温度低于30mK。稳定维持如此低的温量子科技产学研创新联盟量子计算性量子科技产学研创新联盟量子计算性图2超导量子计算系统模块示意图量子处理器的最重要构成组件是量子比特，每个量子比特可以编码信息|0>和|1>的任意叠加态。比特通过芯片上控制线路扇出连接到低温平台的控制线缆量子科技产学研创新联盟量子计算性|0>和|1>会体现为微波读取腔频率的不同移动量，通过向读取腔加探测微波脉冲位上，通过ADC采样和解模等后期数据处理方法可以判断量子比特处在|0>还是数十mK温级直接传输到更高温级会被噪声淹没。超导参量放大器是放大读取信量子科技产学研创新联盟量子计算性量子处理器的物理架构决定，值应该至少为1，否则比特无法和任何比特产生纠见的连通性一般为2-4，采用尽可能高的连通性架构将大大提高量子算法和应用量子耦合强度可调节范围，典型值为+5MHz量子科技产学研创新联盟量子计算性理器从室温冷却到工作温度（小于等于20mK）,再升温到室温为一次冷热循环，增益：量子放大器对比特读取信号的放大的增益，典型值为1放大频率范围：可放大的信号频率范围，典型值为4G量子科技产学研创新联盟量子计算性要标定处理器芯片的电子温度。处理器芯片的电子温度可以通过比特的|1>态热制冷功率：100mK制冷功率，，即在温度为100mK时的制冷功率，典型值量子科技产学研创新联盟量子计算性4.2.3.3.微波传输组件超导量子处理器工作在数十mK温区，而目前主流的控制设备均基于室温电>200；一组读取可通过频分复用实现对多个比特的读取，读取电缆余拖尾，指数衰减的幅度相对方波幅度比值为畸变幅度(α),衰减时间常数为量子科技产学研创新联盟量子计算性量子科技产学研创新联盟量子计算性l软件延时：量子程序运行流程中，除硬件运行时间外，软件加载配置，箱集成变成芯片级集成方案。第一步的方案是利用低温CMO表格1超导量子计算体系模块指标小结目前最大规模的量子处理器比特数已经达表征一个比特可以直接和多少个比特直接量子科技产学研创新联盟量子计算性指数衰减的幅度相对方波幅度比值为畸变幅度(α),衰减时间常数为畸变长度(τ),///////5.光量子计算体系量子科技产学研创新联盟量子计算性算可分为专用和通用的量子计算模型，光学通用量子计算主流方案主要包括：Laflamme和Milburn在2000提出的KLM方案或子比特的局部测量来进行计算步骤。它起源于Raussendorf和Briegel在2001码的纠缠模式数超过30000个；这个模型最大的难点在于制备高保真度的纠缠态以及实现反馈测量。另外，由于使用线性光学干涉实现将小的纠缠态融合成更大的簇态是概率性的，如基于线性光学的贝尔态测量的成功率为50%,虽然通过和Eisert在2007年提出了基于簇态的逾渗小规模的“星形”簇态放置在规则排布的晶格G的节点处，然后通过使合门操作对这些小的簇态进行连接。如果融合门的成功率超过晶格G的逾渗阈量子科技产学研创新联盟量子计算性主要包括玻色采样以及为特定专用模型构建的光量子模拟器。(3)为光学量子处光子集成电路。光子集成电路（PIC）技术已经相对成量子科技产学研创新联盟量子计算性量子科技产学研创新联盟量子计算性信息的处理以及特定的量子逻辑操作。光量子干涉网络目前主要的实现途径包确定性的光子-光子耦合是对于实现确定性纠缠逻辑操作是最重要的，主要实现率~40%,主要目标是超过容错阈值的高保真度和效率的纠缠操作；对于光量子图3光量子计算模块示意图激发后，光源应该以按钮方式确定性地发射一个光子，这可以通过测量效率获两个或更多光子的事件，对于这一指标可以通过HBT干涉测试0延时时刻的二阶重合度。这可以通过纠缠保真度关联测量或者进行量子态层析获得，典型值为关研究整体上处于起步阶段。主要指标包括1）光学端到端透过率：光功率量保真度得到，对于10个模式左右的干涉线路的典型值为95%。（3）相位稳定单光子探测器在光量子计算中用于评估其性能的主要指标包括:(1)探测效量子科技产学研创新联盟量子计算性时刻的偏差。这可以通过示波器或者快电子学设备测试，典型取值为100皮秒。(4)计数率/死时间：计数率表示光子脉冲最高重复频率，而死时间是指探测器接收到一个单光子产生电响应脉冲后,无法再进行探测的时间。目前计数率约为1至100MHz，死时间典型值为10ns至200ns不等。另外对于单光子探测表格2光量子计算模块指标汇总率量量子科技产学研创新联盟量子计算性长），整度数理想指标为10000理想指标为1ps件间当前水平为：10ns~200ns量子科技产学研创新联盟量子计算性6.离子阱量子计算体系离子阱系统是最有希望实现通用量子计算的平台之一。自1995年Cirac和Zoller提出用离子阱实现量子计算以来，量子计算的所有基本元素都已在该系统者利用射频振荡电场和直流静电场囚禁带电粒子，开发出了线性保罗阱,后者利二是光量子比特(opticalqubit）。一个能级处于基态能级，另一个能级处于量子科技产学研创新联盟量子计算性三是塞曼量子比特（Zeemanqubit）。量子科技产学研创新联盟量子计算性l扩展成本低。离子阱量子计算机的测控系统复杂度不会随着量子比特数l量子比特全同性。离子量子比特是离子内部的一对二能级系统，因此是天然全同的，这保证了所有量子比特有近乎相同的性质和性能，降低了l量子比特连通性。连通性是指任意一个量子比特能和多少个量子比特直接做双比特逻辑门。连通性越高的系统，其量子线路越容易简化，或者说相同的任务，需要执行的逻辑门操作越少。离子阱量子计算利用离子晶体的集体振动模式作为媒介实现不同量子比特之间的耦合，而集体振动模式为所有离子共享，因此任意一个离子可以和任意其它离子进行双l高保真度的量子操作。包括高保真度的初态制备和状态读取，以及单比初态制备和状态读取保真度大于99.99%，单比特逻辑门保真度大于l量子比特相干时间。量子比特相干时间可以理解为量子比特能够存储信l逻辑门操作速度。由于操作原理的限制，离子阱在量子门速度方面存在量子科技产学研创新联盟量子计算性l寻址难度大。目前主流的离子阱路线使用寻址激光对离子进行逻辑门操作，需要将激光聚焦到单个离子上，并且需要保持激光和离子的相对位置不发生改变。离子晶体悬浮在电极附近，机械振动、光路漂移以及电磁噪声等因素会引起激光和离子相对位置的抖动，从而引起错误。在大量子科技产学研创新联盟量子计算性探测激光、电磁诱导透明冷却激光通常来自同一台激光器，此处简称为DSPAM激光器；边带冷却激光和逻辑门操作激光也通常来自同一台激光器，简称SQ激量子科技产学研创新联盟量子计算性2(x2+y2)光束质量因子M2来衡量光斑有多接近高斯基模。M2定义远场发散角的乘积与理想高斯基模光束束腰半径和发散角乘积的比值。M2可用6.2.2.2.性能指标典型值分类，不以激光器分类，如上所述，不同功表格3离子阱量子计算对各种功能激光的指标需求<0.5%<0.5%<0.5%<0.1%量子科技产学研创新联盟量子计算性的声速是其主要限制。可通过光电探测器探测功率的变化曲线来直接测量。量子科技产学研创新联盟量子计算性表格4DSPAM光模块指标要求时间(μs)<0.5%SQ光模块将来自SQ激光器的激光进行分束调控，输出边带冷却激量子科技产学研创新联盟量子计算性表格5SQ光模块指标要求节范围(MHz)(μS)(dB)边带冷却激光<0.5%逻辑门操作<0.1%描表格6回泵光模块指标要求节范围(μS)时调控，以实现对离子量子比特的实时操控。主要包括射频输出模块（DDS量子科技产学研创新联盟量子计算性数字输入/输出模块一方面可以用来输出数字信号，可用于对部分射频信号进行性和峰峰值稳定性表征。RMS稳定性是指测量时间内所有采样功率值的均方根射频信号功率可通过射频功率计直接测量，典型值为−10dbm~20dBm。光调制器时其典型频率范围为1MHz-1GHz，驱动电光调制器或其他设备时其典频信号频率范围典型值为1-400MHz，频率稳定性主要取决于外部时钟输入，通信号强度，后者与前者的比值定义为隔离度，其典量子科技产学研创新联盟量子计算性射频信号的相位稳定性可以通过相位噪声来表征，相位噪声典型值是-电控系统的数字信号的开关速度决定了电控系统在与外部器件交互时的精其典型值通常为5ns-20ns。最小调节精度指的是数字信号在时间定位上的精度，取决于电控系统芯片的运行频率，对于离子阱系统来说，其典型值为1ns-10ns。静态输出机箱主要用于产生幅值和频率不随时间变化的射频信号和幅值不位数决定，它影响了离子阱系统对离子平衡位置的调控精度,典型取值为16位量子科技产学研创新联盟量子计算性典型取值为10ppm，标准差稳定性典型取值为1ppm。射频功率稳定性可用RMS稳定性和峰峰值稳定性表征。RMS稳定性是指测值是RMS稳定性0.01%-0.1%，峰峰值稳定量子科技产学研创新联盟量子计算性冷却光不会一直存在，因此Darklifetime更有价值了操控激光和离子之间的相对稳定程度。可通过MZ干涉仪测量与电极安装量子科技产学研创新联盟量子计算性表格7离子阱量子计算模块指标小结量子科技产学研创新联盟量子计算性量子科技产学研创新联盟量子计算性7.中性原子量子计算体系量子科技产学研创新联盟量子计算性目前中性原子量子计算领域已经发展出了数字式量子计算和模拟式量子计磁子能级作为一个量子比特的0态和1态。例如将铷87原子的I5S1/2量子科技产学研创新联盟量子计算性原子的跃迁频率随空间位置变化。当原子处在x>0的正半轴区域时，m失谐δ=ω−ωa>0时，力指向梯度的反方向，即指向光强弱的方向；当失谐δ<0在光强最强的焦点附近，根据“碰撞阻塞原理”，当偶极阱束腰小于等于4微米|1⟩=|5S1⁄2,F=2,mF=0⟩。量子比特的初态制备指的就是高效率的将原子制备到不与光相互作用，形成“暗态”(dark量子科技产学研创新联盟量子计算性-偶极相互作用实现两比特纠缠，该方法对原子热运动并不敏感，而且门操控的(1)良好的可扩展性：中性原子体系单个量子比特是囚禁在单个偶极阱中的，特阵列。另外一种是利用多芯光纤的方案，每一根光纤内合束有偶极光、量子科技产学研创新联盟量子计算性(4)可控的相互作用：相互作用的强度不仅决定了两比特相位门的操作时间,而且大小的控制对于减少量子算法执行过程中的退相,提高操作的保真度具有重要的作用.基于里德堡态原子的偶极-偶极相互作用是一个长程的、操控时间控制到微秒以内,而且该作用可以通过相干激发到里德伯态或从里德伯态相干退激发进行开关,也可以通过电场、磁场和原子的空间排列量子科技产学研创新联盟量子计算性图5中性原子量子计算的概念架构量子科技产学研创新联盟量子计算性光泵光功率在几十微瓦量级，功率稳定性在3%以内。单个偶极阱的功率一般在却光、回泵光、偶极光、里德堡激发光等偏振消光比一般要求大于1000：1量子科技产学研创新联盟量子计算性激光的频率调制一般通过声光调制器或光纤EOM实现，调制范围从几十位置不确定性越小，同时对偶极光功率的需求越低。一般要求偶极阱束腰小于1量子科技产学研创新联盟量子计算性控制系统主要包含主动的时序控制机箱和程序以及接收控制信号的静态输光偏转器以及光纤EOM等。驱动普通电光调制器时典型频率范围为1MHz-），量子科技产学研创新联盟量子计算性信号强度，后者与前者的比值定义为隔离度，其典射频信号的相位稳定性可以通过相位噪声来表征，相位噪声典型值是-直流电源通常用于给MOT线圈和补偿线圈提供电流，用于产生不同大小的表格8中性原子量子计算模块指标小结性性）；8.不同体系量子计算评估技术量子科技产学研创新联盟量子计算性表格9基础测控指标汇总表12量子比特从激发态弛豫到基态的概率为3量子比特的相位弛豫到完全混乱的概率45678量子计算机执行两比特门操作的保真9量子科技产学研创新联盟量子计算性科大祖冲之号2.1、谷歌悬铃木号升级版、谷歌柳木号、中科大祖冲之号3.0表格10不同超导量子计算机部分基础测控性能指标对比月量子科技产学研创新联盟量子计算性图6不同超导量子计算机部分基础测控性能比较表格11适用于玻色采样光量子计算机的专用基础测控指标12345量子科技产学研创新联盟量子计算性表格12不同光量子计算机部分基础测控性能指标对比118图7不同光量子计算机部分基础测控性能比较量子科技产学研创新联盟量子计算性operationspersecond）、rQOPS（reliableQuantumOpe目前，Quantinuum公司的离子阱量子计算机H1实现了220的量子体积。尽管量子阈值的前提下最多含有n个能够运行典型量子线路的量子比特，那么其算法量子比特数为n，其中典型量子线路定义为含有n2个CNOT门的量子线路。IonQ公司l最大纠缠比特数（MaximumGenuine子比特数目，其产生的纠缠态的保真度应超过0.5。通常可产生GHZ态或图态量子科技产学研创新联盟量子计算性采样过程，因为所需的资源会随着量子比特数量的增加而指数级增长。而XEB表现的误差指标不能精确衡量量子计算机在一些现实问题上的性能[56]，因此他果表明量子计算机在运行现实问题的量子线路时出现的错误和做标准的随机基lCLOPs（CircuitLayer所运行的量子线路的层数[57]。由于量子计算机运行一个量子线路实质上还包含量子科技产学研创新联盟量子计算性量子超级计算机至少需要一百万个rQOPS，而现今NISQ时代下的硬件的rQOPS最基础的无约束的二阶二值优化问题（QUBO，Quadraticunconstrainedbinary常使用的TTS（TimeToSolution量子科技产学研创新联盟量子计算性本报告建议的应用性能指标包括：QPack、变分量子数因子分解（VQF）、题、支配集（DominatingSet）问题l变分量子数因子分解（Variatio量子科技产学研创新联盟量子计算性门（HadamardGate最后测量量子比特在|0,/|1,基底上的状态；3.正方加而线性增长。Daniel等人还进一步考察了以下三个指标：HeavyOutputThomas等人提出了面向量子计算应用的性能基准测试开源套件，包含多种典型算法或小规模应用程序，如简单的基于Oracle的算法、量子傅里叶变量子科技产学研创新联盟量子计算性计算应用中的性能。量子LINPACK基准测试解决了一个条性系统问题，这是通过HermitianRAndomCircuitBlock-EncodedMatrix（H-获取更多关于执行效率、对NISQ错误的敏感性以及机器特定优化的表格13应用性能指标汇总表1QPack√√√√2MQLib√√√√3VQF√√√√4应用驱动的基准测试√√√√5面向应用的性能基准测试√√√√6Q-Score√√√√7F-VQE√√√√量子科技产学研创新联盟