克利福德体积与自由费米子体积:量子计算机的可扩展互补基准测试

随着量子计算步入后NISQ时代和早期容错时代,可扩展且与平台无关的基准测试对于以经典可验证方式量化计算能力至关重要。该研究团队提出了两种体积基准测试方法——“克利福德体积”与“自由费米子体积”,通过测试随机克利福德运算和自由费米子运算的执行情况来评估量子硬件性能。这两类酉矩阵具有以下使其成为理想基准测试工具的复合特性:(i)各自均可被经典计算机高效模拟,从而实现大规模验证;(ii)二者共同构成通用门集;(iii)在实际应用(包括影子层析成像与量子化学)中充当核心算法原语;(iv)其定义采用抽象表述,无需显式关联硬件特定特征(如量子比特连接性或原生门集)。该框架因此能实现可扩展的公平跨平台比较,并追踪实质性的计算进展。该工作通过现实噪声参数下的广泛数值模拟,以及在Quantinuum公司H2-1离子阱量子计算机(其克利福德体积达到34)上的实验验证,证明了这些基准测试的实践可行性。
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提交arXiv: 2025-12-22 14:12

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