在量子計算中，量子門的保真度是評估量子計算機性能的重要指標(biāo)之一，也是實現(xiàn)大規(guī)模量子計算的基礎(chǔ)。

那么，什么是保真度？哪種量子計算機的保真度最好？

保真度≈正確率

CIQTEK

在計算科學(xué)領(lǐng)域，保真度往往指的是數(shù)據(jù)的完整性和計算的正確性，保真度越高，也就意味著計算設(shè)備的可靠性和計算能力越強。

受自然規(guī)律、制造材料、技術(shù)工藝甚至環(huán)境的限制，所有的計算設(shè)備都有出錯的可能，就如世間不存在100%純度的黃金。

早些年，我們都遇到過電腦藍(lán)屏的情況，這就是硬件或軟件原因?qū)е碌挠嬎阏_性降低（也可以說是保真度下降），進(jìn)而引起的程序崩潰現(xiàn)象。

量子計算中的保真度

CIQTEK

量子門是量子計算中的基本運算單元，用于對量子比特進(jìn)行操作和控制。

簡單來說，量子計算機中的門保真度就是指量子計算機進(jìn)行基本運算時的正確率。

由于量子系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，量子比特會不可避免地與環(huán)境（溫度、電場、磁場甚至無處不在的宇宙射線）發(fā)生相互作用，進(jìn)而導(dǎo)致計算過程的正確率降低，保真度下降。

這就像我們做數(shù)學(xué)題時，邊上有人一直大聲喧嘩搗亂，你計算的正確率必然會受到影響，保真度也就下降了。

在現(xiàn)有的量子糾錯方案中，最低要求的門保真度為99%，這是針對兩比特門定義的，也就是同時對兩個量子比特操控的準(zhǔn)確性要超過99%，低于這個閾值，就無法進(jìn)行糾錯，量子計算機也就無法運行很多算法和方案。而門保真度越高，糾錯越容易，需要的糾錯量子比特數(shù)量就越少。所以，提高量子門的保真度是當(dāng)前量子計算研究的關(guān)鍵問題之一。

五大量子計算路線保真度橫評

CIQTEK

表1：部分量子計算體系中的門保真度（圖片來源：BCG analysis and expert interviews）

量子門的保真度受多種因素影響，不同量子計算路線所能實現(xiàn)的保真度也略有差異。在當(dāng)前不同的量子計算體系中（表1），能同時兼?zhèn)淇捎^規(guī)模的比特數(shù)和比較高的門保真度的體系只有超導(dǎo)和離子阱量子計算。

ION I離子阱量子計算機的真空腔與阱系統(tǒng)

其中，離子阱量子計算的門保真度普遍較高。這是由于在離子阱體系中，科學(xué)家可以更容易的對離子本身和離子之間的相互作用進(jìn)行精確控制，從而進(jìn)行更精準(zhǔn)的門操作。相較于其他量子計算機的技術(shù)路線,離子阱可以在室溫環(huán)境下實現(xiàn)較高的門控保真度,也就是說離子對外部噪聲和環(huán)境擾動的敏感性較其他技術(shù)體系低。所以在現(xiàn)有量子體系中，離子阱量子計算的門保真度領(lǐng)先于其他體系。

離子阱量子計算機的門保真度

CIQTEK

表2：部分離子阱量子計算機的兩比特門保真度

目前，全球主流離子阱量子計算機的兩比特門保真度指標(biāo)處于99%-99.9%之間。國儀量子推出的ION I離子阱量子計算系統(tǒng)單比特門保真度優(yōu)于99.97%，兩比特門保真度優(yōu)于99.7%，遠(yuǎn)超量子糾錯碼閾值，達(dá)到國際一流水準(zhǔn)。

在量子計算各項技術(shù)路線并未實現(xiàn)收斂的當(dāng)下，離子阱量子計算技術(shù)以其量子比特之間連接性好、相干時間長、門操控保真度高、全同量子比特等特點，成為了量子計算機發(fā)展中的優(yōu)勢路線之一。

準(zhǔn)備交付中的ION I離子阱量子計算機

國儀量子作為國內(nèi)量子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的引領(lǐng)者，擁有一流的研發(fā)團(tuán)隊、深厚的技術(shù)積累與產(chǎn)品工程化經(jīng)驗，對當(dāng)前量子計算發(fā)展所處階段的特點有著深刻認(rèn)識。自成立以來，國儀量子依托中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)核心團(tuán)隊，從用戶需求與痛點出發(fā)，在量子計算領(lǐng)域不斷加強研發(fā)投入，進(jìn)行重點科研攻關(guān)，打造了先進(jìn)可靠的離子阱量子計算研究平臺。

對于量子技術(shù)參與者來說，長期的成功取決于現(xiàn)在戰(zhàn)略。國儀量子將攜手相關(guān)領(lǐng)域行業(yè)伙伴，通過產(chǎn)學(xué)研緊密合作，持之以恒的進(jìn)行科研攻關(guān)與技術(shù)創(chuàng)新，逐步推動量子計算從實驗室邁向?qū)嶋H應(yīng)用的重大飛躍。