量子计算机技术指标有哪些

有三大类：量子比特数量、量子门保真度、相干时间。

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为什么新手总把“量子比特”当CPU主频？

很多之一次接触量子计算的朋友，会下意识拿经典CPU的3 GHz、5 GHz类比，以为56量子比特＝56核心处理器。其实这两者完全不在一条跑道。

• 量子比特（qubit）是可叠加的二态系统，既能表示经典0、1，也能处于“0+1”的叠加；
• 经典比特（bit）只能锁定在0或1。
  因此，增加1个量子比特，算力理论上翻一倍，而增加1个经典核心仅仅提供额外并行。

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三大核心指标拆解

1. 量子比特数量（Qubit）

“qubit越多越好吗？”——不是。没有质量的量毫无意义。

• 谷歌2019年“Sycamore”用53可用比特完成随机电路采样；
• 中国2023年“九章三号”255光子比特用于Gaussian Boson Sampling，却与谷歌路线不同，二者不直接可比。

权威参考：John Preskill在《Quantum Computing in the NISQ era》强调，“量子优势取决于错误率和问题类型，而非单纯qubit数”。

2. 量子门保真度（Gate Fidelity）

“保真度99 %和99.9 %差别大吗？”——非常大。
错误会在电路深度中呈指数放大，99 %的保真度跑1000层门后只剩约0.0036 存活率；而99.9 %可维持约36 %存活率。

小技巧：
选择芯片前先查看厂商公布的平均双比特门保真度与单比特门保真度，后者往往高1～2个数量级，但不能掩盖双比特门的瓶颈。

3. 相干时间（Coherence Time）

T1：能量弛豫时间，决定量子比特从|1⟩衰变回|0⟩多久；
T2：相位退相干时间，决定叠加能否持续。
以IBM Falcon r11 2023版为例，公开数据显示T1≈100–120微秒，T2≈80–110微秒。

对比：

• 超导量子：几十到上百微秒；
• 离子阱：毫秒级可达数十毫秒，但比特扩展难。
  一句话：T2>T1/2 是系统能跑深度算法的硬门槛。

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容易忽略的两项指标

量子链路连通度（Connectivity）

“芯片图是线性链还是全互联？”

• 若为线性链，实施两比特门远距比特需要SWAP串行，增加电路深度与误差；
• 谷歌、IBM 采用“heavy-hex”拓扑，任意两比特间只需最多三步，显著降低SWAP代价。

量子体积（Quantum Volume，QV）

IBM提出的“端到端”指标，把比特数、保真度、连通度、算法并行度打包成一个数字。QV越高，真实可用算力越强。
2022年，IBM Eagle r3的QV首次突破512，对比2020年的32，可见一年跨四倍靠的不只是比特数，而是综合调优。

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实战思考：如何快速评估一款量子芯片？

1. 先看报告里的双比特门错误率≤0.1 %且T2>50 μs；
2. 确认拓扑图，避免线性链；
3. 检查是否提供逐门误差模型的API，方便仿真；
4. 查看近期在arXiv公开的benchmark文章，有无独立研究团队复现结果。

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“学而不思则罔，思而不学则殆。”《论语》告诉我们，硬件指标是“学”，算法与场景才是“思”。
站在2025年展望，量子计算将进入错误率<0.01 %的时代，那时，我们可能不再纠结于“多少个量子比特”，而是追问——究竟有多少“零噪声”的新物理等待挖掘。