在量子計(jì)算中，量子門(mén)的保真度是評(píng)估量子計(jì)算機(jī)性能的重要指標(biāo)之一，也是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算的基礎(chǔ)。

那么，什么是保真度？哪種量子計(jì)算機(jī)的保真度最好？

保真度≈正確率

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在計(jì)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(jì)算的正確性，保真度越高，也就意味著計(jì)算設(shè)備的可靠性和計(jì)算能力越強(qiáng)。

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(jì)算設(shè)備都有出錯(cuò)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(guò)電腦藍(lán)屏的情況，這就是硬件或軟件原因?qū)е碌挠?jì)算正確性降低（也可以說(shuō)是保真度下降），進(jìn)而引起的程序崩潰現(xiàn)象。

量子計(jì)算中的保真度

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量子門(mén)是量子計(jì)算中的基本運(yùn)算單元，用于對(duì)量子比特進(jìn)行操作和控制。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，量子計(jì)算機(jī)中的門(mén)保真度就是指量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行基本運(yùn)算時(shí)的正確率。

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

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

在現(xiàn)有的量子糾錯(cuò)方案中，最低要求的門(mén)保真度為99%，這是針對(duì)兩比特門(mén)定義的，也就是同時(shí)對(duì)兩個(gè)量子比特操控的準(zhǔn)確性要超過(guò)99%，低于這個(gè)閾值，就無(wú)法進(jìn)行糾錯(cuò)，量子計(jì)算機(jī)也就無(wú)法運(yùn)行很多算法和方案。而門(mén)保真度越高，糾錯(cuò)越容易，需要的糾錯(cuò)量子比特?cái)?shù)量就越少。所以，提高量子門(mén)的保真度是當(dāng)前量子計(jì)算研究的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

五大量子計(jì)算路線保真度橫評(píng)

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表1：部分量子計(jì)算體系中的門(mén)保真度（圖片來(lái)源：BCG analysis and expert interviews）

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

ION I離子阱量子計(jì)算機(jī)的真空腔與阱系統(tǒng)

其中，離子阱量子計(jì)算的門(mén)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(duì)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(mén)操作。相較于其他量子計(jì)算機(jī)的技術(shù)路線,離子阱可以在室溫環(huán)境下實(shí)現(xiàn)較高的門(mén)控保真度,也就是說(shuō)離子對(duì)外部噪聲和環(huán)境擾動(dòng)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(jì)算的門(mén)保真度領(lǐng)先于其他體系。

離子阱量子計(jì)算機(jī)的門(mén)保真度

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表2：部分離子阱量子計(jì)算機(jī)的兩比特門(mén)保真度

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

在量子計(jì)算各項(xiàng)技術(shù)路線并未實(shí)現(xiàn)收斂的當(dāng)下，離子阱量子計(jì)算技術(shù)以其量子比特之間連接性好、相干時(shí)間長(zhǎng)、門(mén)操控保真度高、全同量子比特等特點(diǎn)，成為了量子計(jì)算機(jī)發(fā)展中的優(yōu)勢(shì)路線之一。

準(zhǔn)備交付中的ION I離子阱量子計(jì)算機(jī)

國(guó)儀量子作為國(guó)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(duì)、深厚的技術(shù)積累與產(chǎn)品工程化經(jīng)驗(yàn)，對(duì)當(dāng)前量子計(jì)算發(fā)展所處階段的特點(diǎn)有著深刻認(rèn)識(shí)。自成立以來(lái)，國(guó)儀量子依托中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)核心團(tuán)隊(duì)，從用戶(hù)需求與痛點(diǎn)出發(fā)，在量子計(jì)算領(lǐng)域不斷加強(qiáng)研發(fā)投入，進(jìn)行重點(diǎn)科研攻關(guān)，打造了先進(jìn)可靠的離子阱量子計(jì)算研究平臺(tái)。

對(duì)于量子技術(shù)參與者來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)期的成功取決于現(xiàn)在戰(zhàn)略。國(guó)儀量子將攜手相關(guān)領(lǐng)域行業(yè)伙伴，通過(guò)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(dòng)量子計(jì)算從實(shí)驗(yàn)室邁向?qū)嶋H應(yīng)用的重大飛躍。