首次实现！清华大学科研团队在量子计算领域取得重要突破

近日

清华大学计算机系量子软件研究中心

陈建鑫课题组

与北京量子信息科学研究院

燕飞团队合作

在量子计算机体系结构领域

取得重要进展

研究团队在国际上首次实现了

支持任意两比特量子门直接编程的

指令集架构AshN

相关研究成果以

“基于统一控制方案的

任意两比特门的高效实现”为题

发表于《自然·物理》（Nature Physics）

Nature Physics网站论文截图

本工作获审稿人高度认可，认为通过同步运用磁通量控制与微波驱动，可在无额外操作成本下精准调控所有两比特门等价类，方案非平凡且具开创性。“The main insight is the simultaneous application of flux control and microwave drives allowing one to navigate the entire Weyl chamber without additional overhead. The combination of flux and microwave is highly nontrivial and underexplored.”

在传统量子计算机中

复杂量子操作通常需要通过分解为

CNOT门和单比特门的组合来实现

这种方法不仅效率较低

还容易引入操作误差

针对这一关键问题

陈建鑫课题组创新性地提出了

AshN量子指令集架构

采用磁通调控与微波驱动的

协同操控机制

通过统一控制方案下

多参数协同调控

实现了对两比特酉矩阵

所有等价类的完整覆盖

该架构的核心优势

主要体现在三个方面

通过统一控制脉冲

可直接实现任意两比特酉矩阵操作

完全避免了传统门级分解的繁琐过程

与传统方案相比

该架构能大幅减少门操作数量

显著降低误差累积

在合理假设下

该架构可保证演化时间的最短性

从而使得高精度物理实现成为可能

该架构

已在北京量子信息科学研究院的

主流超导量子比特平台上

成功实现并验证

其创新的指令集架构

可直接提升

现有超导量子芯片的性能表现

以AshN指令微架构实现CNOT，iSWAP，B等常用两比特门的效果

特别值得关注的是

AshN指令集的理论方案

已由陈建鑫课题组

在计算机体系结构领域顶级会议

ASPLOS'24上发表

这一成果充分展现了

计算机学科与量子物理的

深度交叉融合

不仅推动了量子计算范式的重大变革

更从底层硬件架构到上层算法

实现与编译优化等多个层面

为量子计算领域提出了

全新的研究思路和技术路径

陈建鑫课题组正以AshN指令集微架构为基础

着力构建量子容错计算的新实现方案

长期致力于量子计算研究的陈建鑫

聚焦规模化超导量子

比特测控系统架构

规模化实时解码架构

高效量子纠错码与容错方案设计

高效量子计算指令集

及量子芯片设计自动化软件等

核心技术攻关

课题组汇聚了计算机、电子、物理等

多学科交叉研究团队

建立了完整的

量子计算软硬件协同创新体系

致力于推动量子计算技术

从基础研究向规模化工程应用转化

作为国内最早从计算机科学视角

开展量子计算研究的机构

清华大学计算机系在过去20余年间

在量子程序、量子体系结构与系统

量子纠错、量子算法复杂性

量子信息及量子密码等领域

取得了一系列

具有国际影响力的研究成果

培养了大批活跃于

学术界和工业界的优秀人才

为进一步推进量子软件研究的发展

计算机系于2022年初

成立量子软件研究中心

致力于打造

国内领先的量子软件研究平台

本研究工作中

北京量子信息科学研究院

陈臻助理研究员与刘伟洋副研究员

为论文共同第一作者

陈建鑫副教授与燕飞研究员

担任共同通讯作者

来源｜计算机系

编辑&排版｜彭稳平

责编｜苑洁

审核｜刘蔚如

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