随机基准与量子体积:指标怎么读
一个数字概括不了一台机器
两台机器都报「双门保真度 99.9%」。一台能跑两百层,一台跑到五十层就散架。数字一样,机器不一样——因为那个数是某个测试的平均值,而测试带着自己的假设。
随机基准:平均数是怎么来的
随机基准的做法:随机挑一串 Clifford 门,长度 ,末尾补一个把整串收回初态的门,然后测回到 的概率。 变长,成功概率按 衰减,从 反推每次门的平均错误率:
是维度,单比特取 2。关键在「随机」与「平均」:它对随机 Clifford 门取平均,并假设错误是马尔可夫的、与门无关。串扰、泄漏到 、关联错误都不在这个模型里。所以 保真度 的这个数字干净、可比较,但不完整。
想知道某一个特定双门有多好,要做插入式随机基准:把这一个门夹在随机序列中间,比较衰减斜率的变化。斜率变陡多少,才是这个门的账。
保真度与深度
T₁、T₂ 与量子体积
T₁ 是能量弛豫时间,T₂ 是相位弛豫时间。它们是时间,不是错误率;要换算成错误率,得看你这段时间里做了什么。粗略的量级关系是 ,它连串扰与读出都没算进去。
量子体积 把比特数、门保真度、连通性、测量与编译揉成一个数:取边长 的方形线路,随机化后跑,要求重输出概率超过 2/3,能通过的最大 给出 。它衡量整机跑一条方形线路能多宽多深,不衡量某个应用快多少。
读厂商指标,可以问四个问题:这是哪个门、几位比特上的?报的是平均值、中位数还是最好值?测试线路与编译假设是什么?含不含读出与串扰?
T₂ 越长,门错误率就越低,所以看 T₂ 就够了。
T₂ 只是上限之一;门时间、驱动强度、串扰、泄漏与读出都进错误率,长 T₂ 是必要条件,不是充分条件。
时间与错误率是两个量纲。把 T₂ 当成「保真度」,就像把油箱容量当成油耗。
一句话结论
随机基准给的是随机门上的平均错误率,量子体积给的是整机跑方形线路的能力,T₁ 与 T₂ 是时间而不是错误率。任何单个数字都概括不了一台机器;读指标时先问:它在什么条件下测的,测的到底是哪一层。
本节自测 · 3 题
未作答
01厂商报「单门保真度 99.9%」,这个数最准确的来源是什么?
解析 · 随机基准把一长串随机门的错误累积成衰减曲线,再折算成每次门的平均错误率,并尽量扣掉制备与测量误差。它既不是某个算法的成功率,也不是读出错误或最好那个门,所以其余三项都错。
02T₁ 描述的到底是什么?
解析 · T₁ 是能量弛豫:激发态把能量交给环境,布居慢慢回到基态;相位失去关联的时间尺度是 T₂。两者都不等于门错误率,读出错误又是另一本账,所以另外三项都不对。
03一台设备的 T₂ 从 100 微秒提到 200 微秒,可双门错误率没降。下面哪种解释最合理?
解析 · 相干时间给的是「最多能相干多久」,门错误还取决于门有多快、驱动多强、邻近比特的串扰与读出误差。说完全无关也不对:T₂ 太短时它会成为硬上限;比特数与这件事没有必然联系,所以其余三项都不成立。