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

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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），進而引起的程序崩潰現(xiàn)象。

量子計算中的保真度

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量子門是量子計算中的基本運算單元，用于對量子比特進行操作和控制。

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確性要超過99%，低于這個閾值，就無法進行糾錯，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

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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行精確控制，從而進行更精準的門操作。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

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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%，遠超量子糾錯碼閾值，達到國際一流水準。

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，進行重點科研攻關(guān)，打造了先進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。