摘要：南加州大学研究团队在《化学评论》发表创新性成果，提出一种名为确定性基准测试（Deterministic Benchmarking, DB）的新协议，为量子门性能评估树立新标准。该技术通过少量实验即可精准识别相干与非相干错误，显著提升量子计算系统校准效率，加速容
确定性基准（DB）协议通过设计的脉冲序列精准识别量子噪声类型 | 图片来源：Chemical Reviews (2025)
南加州大学研究团队在《化学评论》发表创新性成果，提出一种名为确定性基准测试（Deterministic Benchmarking, DB）的新协议，为量子门性能评估树立新标准。该技术通过少量实验即可精准识别相干与非相干错误，显著提升量子计算系统校准效率，加速容错量子计算机研发进程。
量子计算机的性能受限于量子门的操作精度，这些基本逻辑单元极易受噪声和校准误差影响。误差主要分为两类：
相干错误：确定性、可重复的相位或振幅误差，保留量子态纯度但以振幅形式累积，可能导致误差二次方级增长。非相干错误：源于量子系统与环境相互作用（如退相干），使量子特性退化至经典水平。传统随机基准测试（RB）方法通过平均随机电路序列获得单一错误率指标，但无法区分误差类型。研究通讯作者Daniel Lidar教授指出：“相干错误对量子算法的破坏性更强，需针对性缓解策略。DB协议仅需少量实验即可同时识别两类误差，效率较RB提升数倍。”
确定性设计：采用固定的小型脉冲对序列替代随机电路平均，实验复杂度从指数级降至多项式级。多维诊断：通过设计序列揭示特定误差源（如微波脉冲畸变、串扰），定位硬件缺陷。资源高效：实验次数减少90%，适用于多量子比特扩展。团队在超导传输子量子比特上的实验表明，DB可检测标准方法无法察觉的微小参数变化（如频率漂移±0.1%）。例如，当量子比特失谐量仅2 MHz时，DB准确识别出相干误差主导（占比>85%），而RB仅报告平均错误率。
实验平台：超导量子处理器，单量子比特门保真度基准99.3%协议流程：生成预设脉冲序列（如[π/2]_x-[τ]-[π/2]_y，τ为延迟时间）测量量子态随序列长度的衰减曲线通过解析模型分离Lindblad方程中的哈密顿量误差（相干）与耗散项（非相干）结果对比：DB在10次实验内完成全误差分析，传统方法需百次以上共同通讯作者Eli Levenson-Falk强调：“DB不仅加速硬件优化，更为错误缓解策略提供理论依据。例如，针对相干错误可采用动态解耦技术，而非相干错误需优化退相干时间。”
论文信息
Vinay Tripathi等, Benchmarking Quantum Gates and Circuits, Chemical Reviews (2025). DOI: 10.1021/acs.chemrev.4c00870
此项突破标志着量子基准测试从“粗放式评估”迈入“精准诊断”时代，为构建实用化容错量子计算机奠定关键基础。随着DB协议的推广应用，量子硬件优化周期有望缩短数月，加速量子计算从实验室走向产业化。
来源：量子梦
