2024年量子计算性能评估基准研究报告.docx

量子科技产学研创新联盟QuantumInnovationConsortium

量子计算性能评估

基准研究报告

量子科技产学研创新联盟2024年12月

在当前的NISQ(NoisyIntermediate-ScaleQuantum)时代，量子计算技术正从理论研究的深谷走向实际应用的广阔天地。随着各种量子计算原型机相继问世并逐步投入市场，标志着量子计算技术进入了一个崭新的发展阶段。然而，准确评估这些量子计算机的性能，成为了一个亟待解决的关键问题。

为了应对这一挑战，本报告深入调研分析了不同物理体系量子计算机的结构组成和工作原理，包括超导体系、光量子体系、离子阱体系以及中性原子体系，探讨了评估量子计算性能不可或缺的模块指标和系统指标，如量子比特的相干时间、量子门保真度等，在此基础上提出一套多维度的评估体系，从基础测控、综合性能和应用性能三个层面对量子计算机进行全面而深入的评估。基础测控着重于量子计算机的硬件性能和操作精度；综合性能评估则着眼于量子计算机的整体性能；而应用性能则专注于量子计算机在解决实际问题时的表现和效能。该多维度的评估方法旨在更全面、更精准地衡量量子计算机的性能，为量子计算技术的发展和优化提供有力的指导和支持，也将有助于推动量子计算机性能评估标准的建立，促进量子计算技术的健康发展和广泛应用，为未来的科技进步和创新奠定坚实的基础。

编制单位：中国科学技术大学、科大国盾量子技术股份有限公司、华翊博奥 (北京)量子科技有限公司、中科酷原科技(武汉)有限公司、中国信息通信研究院、济南量子技术研究院、中电信量子信息科技集团有限公司、华为技术有限公司、武汉量子技术研究院、无锡江南计算技术研究所、中国科学院计算技术研究所、中国人民解放军国防科技大学、杭州知量科技有限公司、本源量子计算科技(合肥)股份有限公司、深圳市腾讯计算机系统有限公司、京东科技信息技术有限公司、中国电子技术标准化研究院、中国计量大学、中国人民解放军网络空间部队信息工程大学、中国电子信息产业集团有限公司、山东新一代标准化研究院有限公司、山东量子科学技术研究院有限公司

编写组：朱晓波、赵勇、李东东、吴玉林、何玉明、杨嵩翔、汤彪、赵梅生、梁福田、蔡明磊、付卓、张萌、周飞、孙汉涛、邹作恒、吴泽文、吴东、李萌、吴伟、丁艳、赵勇杰、张胜誉、邬兴尧、张弛、谭爱红、黄合良、王增斌、郭凯

目录

1.前言 1

2.缩略语 2

3.量子计算研究进展 2

3.1.超导量子计算研究进展与产业化 3

3.2.光量子计算研究进展与产业化 8

3.3.离子阱量子计算研究进展与产业化 9

3.4.中性原子量子计算研究进展与产业化 16

3.5.量子计算性能评估研究进展 19

4.超导量子计算体系 20

4.1.超导量子计算概述 20

4.1.1.超导量子计算的基本原理 20

4.1.2.超导量子计算的优劣势分析 2

4.2.模块分类与技术指标 23

4.2.1.模块分类 23

4.2.2.量子处理器 24

4.2.3.低温低噪声平台 27

4.2.4.测控系统 30

4.2.5.模块指标小结 31

5.光量子计算体系 32

5.1.光量子计算概述 32

5.1.1.光量子计算的基本原理 32

5.1.2.光量子计算的优劣势分析 34

5.2.模块分类与技术指标 36

5.2.1.模块分类 36

5.2.2.量子光源模块指标 36

5.2.3.光量子线路模块指标 37

5.2.4.单光子探测器模块指标 37

5.2.5.模块指标小结 38

6.离子阱量子计算体系 40

6.1.离子阱量子计算概述 40

6.1.1.离子量子计算的基本原理 40

6.1.2.离子阱量子计算的优劣势分析 42

6.2.模块分类与技术指标 43

6.2.1.模块分类 43

6.2.2.光源模块 44

6.2.3.光控模块 46

6.2.4.电控模块 48

6.2.5.