叠加学堂superposition

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

概念7 分钟第 59 / 80 节更新于 2026-10-18

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 mm,末尾补一个把整串收回初态的门,然后测回到 ∣0⟩|0\rangle 的概率。mm 变长,成功概率按 pmp^m 衰减,从 pp 反推每次门的平均错误率:

r=d−1d(1−p)r=\frac{d-1}{d}(1-p)

dd 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 ∣2⟩|2\rangle、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
把纵轴当成「每一步做对的概率」,看它怎么随深度塌下去。真实的机器还要再叠上串扰、泄漏与读出,那些不在单门数字里。

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 r∼tgate/T2r\sim t_{\text{gate}}/T_2,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 nn 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 nn 给出 2n2^n。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?
02T₁ 描述的到底是什么?
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?