【量子科技产学研创新联盟】2024量子计算性能评估基准研究报告87页_4mb

量子计算技术正处于NISQ（含噪声中等规模量子）时代，各体系在商业化和性能评估上面临挑战。报告梳理了超导、光量子、离子阱、中性原子等量子计算架构的进展与评估体系，提出多维度评估方法。
超导量子计算：通过约瑟夫森结实现量子比特调控，已发展至百比特级别，具备覆盖、TM、YY及工艺兼容性优势。关键指标包括比特数（66比特）、相干时间（T1达数百微秒）、连通性（2-4）及操控精度（门保真度99.8%以上）。但受限于极低温环境（<30mK）和噪声问题，需开发大功率稀释制冷技术。高维晶格如二维离子晶格可扩展至千甚至万比特，但常需优化延迟和串扰控制。
光量子计算：基于线性光学器件实现，需解决光子损失和测量不确定性，现有方案如玻色采样已具备40-255光子门操作能力，但误差随规模指数级上升。主要技术指标涵盖光子生成效率（SNSPD达90%）、保真度（99%）、模式数（144）及多种光源与探测器精度。需进一步提升光子-光子耦合效率以突破容错阈值。
离子阱量子计算：利用离子内能级构建量子比特，保持较久相干时间（>1小时）和高门保真度（如CNOT门达99.6%），但受限于逻辑门操作速度（百微秒级）和寻址难度。扩展路径包括二维晶格（上百比特）、空间光路与引力场交织，及动态路由技术。分布式栅极系统支持逻辑门并行操控，但需满足高精度调制与满足不同的激光参数。
中性原子量子计算：采用里德堡态或光晶格构建，支持二维或三维量子比特阵列，相干时间可通过动态调整延长至秒级。优势在于低误差率和可扩展性，但需解决原子损失问题。核心指标包括偶极阱束腰（<1μm），传感器分辨率（3μm）以及调制系统工艺（如电光调制器的隔离度-70dBc），对研发展保障和精准操控提出了更高要求。
评估体系分为基础测控、综合性能和应用性能。基础测控聚焦于硬件稳定性（如低温平台、量子门精度和电路质量），要求共性指标如量子比特数量、门操作时间与保真度。综合性能通过量子体积（如Quantinuum H2达218）和算法比特数（如IonQ Ferale取得35比特）评估，强调系统的可扩展性和误差抑制。应用性能则需结合实际场景，例如使用随机线路采样（如谷歌Sycamore 53比特芯片零误差测试）或优化算法（如QAOA解复杂问题）。
报告指出，目前评估标准尚未统一，需将关键性能指标与应用场景结合，推动标准化流程。未来重点在于发展可扩展的纠错方案（如表面码），优化光子交互效率并提升控制精度，使量子计算从原型机突破转向商业化应用。各体系均需增强多模块协同能力，提高连续控制与路径选择效率，为实现通用量子计算奠定基础。