路径: 主页 > GB/T > 第747页 > GB/T 47468-2026 | 标准编号 | GB/T 47468-2026 (GB/T47468-2026) | | 中文名称 | 量子计算系统性能测试方法 | | 英文名称 | Performance testing methods of quantum computing system | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | L70 | | 国际标准分类 | 35.240.01 | | 字数估计 | 34,345 | | 发布日期 | 2026-04-30 | | 实施日期 | 2026-11-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 47468-2026: 量子计算系统性能测试方法
GB/T 47468-2026 英文版: Performance testing methods of quantum computing system
ICS 35.240.01
CCSL70
中华人民共和国国家标准
量子计算系统性能测试方法
2026-04-30发布
2026-11-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
1 范围
本文件描述了量子计算系统的性能指标和测试方法。
本文件适用于量子计算系统在设计、研发、生产制造及使用过程中的性能测试。
本文件不适用于非门型量子计算系统。
4 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
CLOPS:每秒可执行的量子线路的层数(CircuitLayerOperationsPerSecond)
CNOT:受控非(ControledNOT)
CPMG:脉冲序列(Carr-Purcel-Meiboom-Gil)
CZ:受控Z(ControledZ)
MQC:多体量子相干性(MultipleQuantumCoherence)
POVM:正算符值测度(PositiveOperator-ValuedMeasure)
QV:量子体积(QuantumVolume)
XEB:交叉熵基准测试(Cross-EntropyBenchmarking)
#AQ:算法量子比特数(AlgorithmicQubits)
5 量子计算系统性能指标
5.1 指标构成
量子计算系统性能指标由器件指标、基础操控指标、综合性能指标三部分构成,如图1所示。
a) 器件指标包括量子比特数、连通性、比特存活率和比特相干性等指标;
b) 基础操控指标包括保真度、时长、量子门容量、操控并行度和系统校准能力等指标;
c) 综合性能指标包括最大纠缠比特数、算法量子比特数、量子体积、线路执行效率、基于镜像基准
测试的保真度、基于随机线路采样的保真度和能耗等指标。
图1 量子计算系统性能指标
5.2 器件指标
5.2.1 量子比特数
量子比特数决定量子处理器可编码的最大信息量,是一个反映量子计算系统求解问题的规模上限
的指标,也是实现容错量子计算以及提高其他性能指标的基础。量子比特数包括以下指标。
a) 量子比特总数:表征1个量子处理器包含的物理量子比特总数量。
b) 可控制量子比特数:表征初态制备、量子门操作保真度达到95%以上时,可进行初态制备、量
子门操作和相互纠缠的物理比特数量。
c) 可读取量子比特数:表征读取保真度达到85%以上时,被高保真度测量其量子态信息的量子
比特数量。
注:量子比特分为数据量子比特和辅助量子比特。数据量子比特是指用来编码量子信息的量子比特,辅助量子比
特是指为辅助数据量子比特完成计算任务添加的量子比特。
5.2.2 连通性
连通性包括以下指标。
a) 量子比特的连通性:表征单个量子比特直接产生纠缠的量子比特数量。
b) 单个量子处理器的连通性:表征所有量子比特连通性的平均值。
注:本文件中暂不考虑多个量子处理器的连通性。
5.2.3 比特存活率
比特存活率表征量子处理器中可正常工作的量子比特数和量子比特总数的比值。
5.2.4 比特相干性
量子比特的相干性包括以下指标。
a) 纵向弛豫时间T1:表征量子比特从激发态(高能态)自发弛豫到基态(低能态)所需的时间尺
度,反映量子比特与环境之间能量耗散的速率,也称为能量弛豫时间。
b) 横向弛豫时间T2:表征量子比特保持其量子态相位相干性的时间尺度,反映量子比特相位相
干性随时间的衰减速率,也称为相位弛豫时间,其中包含一部分能量弛豫的影响。
c) 纯相位弛豫时间Tϕ:表征量子比特的状态在横向弛豫的基础上去除能量弛豫影响后的纯相位
弛豫特征时间。通过测量得到的T1 和T2 值,利用公式(1)可得到Tϕ与T1、T2 的关系为:
5.3 基础操控指标
5.3.1 保真度
保真度包括以下指标。
a) 初始化保真度:表征对量子比特进行初始化操作之后,实际操作效果与理想预期效果之间的相
似程度的度量。
b) 单比特门保真度:表征对单个量子比特进行单比特门操作之后,实际操作效果与理论预期效
果之间的相似程度的度量。
c) 两比特门保真度:表征对两个量子比特进行两比特门操作之后,实际操作效果与理论预期效果
之间的相似程度的度量。
d) 读取保真度:表征衡量量子比特的测量结果与量子比特真实状态相符的概率,确定量子比特
的测量准确度。
5.3.2 时长
时长包括以下指标。
a) 比特初始化时长:表征初始化制备保真度达到95%以上时,所有可读取量子比特从未知态制
备到初态的时间。
b) 单比特门时长:表征单比特门保真度达到98%以上时,执行单比特门操控所需的时间。
c) 两比特门时长:表征两比特门保真度达到95%以上时,执行两比特门操控所需的时间。
d) 读取时长:表征读取保真度达到85%以上时,单次完成量子态高保真测量所需的时间。
5.3.3 量子门容量
量子门容量表征能在相干时间内完成的量子门操作数。该值越大,表明能在相干时间内完成的量
子操作越多,量子比特的相干性与操作效率之间的平衡性越优。
5.3.4 操控并行度
操控并行度包括以下指标。
a) 单比特门操控并行度:表征在可控制量子比特数限定下,若量子计算系统中最多可同时在
N 个物理量子比特上进行单比特门操控,保真度均超过98%,则该量子计算系统的单比特门
操控并行度为N。
b) 两比特门操控并行度:表征在可控制量子比特数限定下,若量子计算系统中最多可同时在
N 组(两个物理量子比特为一组)两物理量子比特上进行两比特门操控,保真度均超过95%,
则该量子计算系统的两比特门操控并行度为N。
c) 读取操控并行度:表征在可读取量子比特数限定下,若量子计算系统中最多可同时在N 个物
理量子比特上进行读取操控,保真度均超过85%,则该量子计算系统的读取操控并行度为N。
5.3.5 系统校准能力
系统校准能力包括以下指标。
a) 系统具备自动校准功能。校准内容包括单比特门参数、两比特门参数、读取参数,并标定量子
门和读取的保真度。
b) 校准周期:表征系统从上一次校准完成后到保真度指标下降到阈值以下,启动下一次校准的
时间间隔。
c) 校准时长:表征一次完整校准过程所需的时间,包括从发起校准命令到完成校准并具备执行任
务能力的总耗时。
5.4 综合性能指标
5.4.1 最大纠缠比特数
最大纠缠比特数,表征在一个多体量子系统中,无法被分解为更小子系统直积态(即非纠缠态)的最
大纠缠子集所包含的量子比特数量,反映多体量子系统中量子比特之间纠缠的全局性和不可分割性。
GHZ态是最大纠缠的薛定谔猫态,测试不同比特数的GHZ态纠缠保真度可作为评估量子计算系
统性能的重要参考。
5.4.2 算法量子比特数
算法量子比特数(#AQ),表征保证测量结果超过某个阈值的前提下,在含有N 个量子比特的系统
中成功执行包含O(N2)数量级的两比特门的算法,则算法量子比特数#AQ=N。
注:当前#AQ主要用于评估离子阱量子计算体系的性能。
5.4.3 量子体积
量子体积(QV),表征量子计算系统可成功运行的最大方形随机电路宽度(量子比特数)或深度(门
层数)的规模。量子线路体积的大小与量子比特数量、量子比特的连通性、量子操作的保真度、量子编译
系统性能等多方面因素密切相关。在同一量子计算体系中,量子体积越大,意味着量子计算系统能执行
的量子线路的规模和深度越大,从而能解决更复杂的问题。
5.4.4 线路执行效率
线路执行效率采用每秒可执行的量子线路的层数(CLOPS)来表征。CLOPS指标反映系统整体运
行效率,包括量子程序生成时间、量子程序编译时间、量子线路执行时间、读取时间、数据传输时间以及
数据处理时间等。
5.4.5 基于镜像基准测试的保真度
基于镜像基准测试的保真度,是指通过镜像电路来量化量子处理器在真实场景下的计算保真度,反
映了量子处理器在执行具有一定深度和结构的量子线路时,保持计算准确性的能力。
5.4.6 基于随机线路采样的保真度
基于随机线路采样的保真度,是指通过随机量子线路的输出样本来衡量实际量子处理器与理想无
噪声量子计算系统之间相似程度的指标,是评估当前中等规模含噪量子处理器性能的关键基准之一,也
是一种用于验证量子计算系统性能及展示量子优越性的关键方法。
5.4.7 能耗
能耗包括以下指标。
a) 空载能耗:量子计算系统中所有参与计算能力运行的子系统已全部开机且平稳运行,但不运行
计算能力测试时的所消耗的电能。
b) 运行能耗:量子计算系统在正常运行状态下运行标准算力测试程序所消耗的电能,比如随机
线路采样测试程序。
6 测试方法
6.1 器件指标
6.1.1 量子比特数
量子比特数测试方法包括以下步骤。
a) 量子比特总数测试方法:获取系统设计方案、测试报告中的量子比特总数声称值。
b) 可控制量子比特数测试方法:通过初态制备和量子门操作保真度测试方法(见6.2.1),遍历量
子比特数,将满足保真度阈值要求的比特记作可控制量子比特数,并记录到系统测试报告中。
c) 可读取量子比特数测试方法:通过读取保真度测试方法,遍历量子比特数,将满足保真度阈值
要求的比特记作可读取量子比特数,并记录到系统测试报告中。
6.1.2 连通性
连通性测试方法包括以下步骤。
a) 关闭编译系统上量子比特映射和电路优化功能。
b) 针对第i个量子比特,执行第i个量子比特与第j(j≠i)个量子比特之间的系统原生双量子比
特门操作。
c) 运行电路,如果运行电路过程中无告警无报错,且电路输出结果保真度Fij大于设定阈值
95%,则判定边Lij有效,即量子比特i和j连通。与量子比特i连接的有效的边的数量即为
该量子比特的连通度K(Gi)。
d) 计算连通性:通过公式(2)对所有量子比特的连通度取平均,作为系统的整体平均连通度。
6.1.3 比特存活率
比特存活率测试方法包括以下步骤:
a) 获取系统设计方案、测试报告中给出的量子比特总数N;
b) 对单个量子比特进行测量,当且仅当单比特门保真度不低于98%、双比特门保真度不低于
95%、读取保真度不低于85%,判定该量子比特为可正常工作的量子比特;
c) 对所有量子比特执行步骤b)中的测量过程,统计最终满足上述全部保真度阈值的量子比特数
量,记为可正常工作量子比特数N1;
d) 按公式(3)计算比特存活率;
6.1.4 比特相干性
6.1.4.1 纵向弛豫时间T1
纵向弛豫时间测试时序见图2,纵向弛豫时间符号为T1。
标引符号说明:
t---量子比特自由演化时间。
图2 纵向弛豫时间测试时序
纵向弛豫时间T1 测试方法包括以下步骤。
a) 关闭编译系统上量子比特映射功能,并指定待测量量子比特。
b) 将待测量子比特初始化到|0>态。
c) 施加X门使待测量子比特翻转到|1>态。
d) 待量子比特自由演化时间t后,对量子态进行测量,得到量子比特处于|1>态的概率P1。
e) 逐渐延长自由演化时间t,得到不同演化时间t对应的P1,从而得到一组测量数据[t,P1(t)]。
f) 通过公式(4)对测量数据[t,P1(t)]进行拟合。
6.1.4.2 横向弛豫时间T2
6.1.4.2.1 Ramsey实验测试方法
横向弛豫时间的Ramsey实验测试方法时序见图3,横向弛豫时间符号标记为T*2 。
a) 关闭编译系统上量子比特映射功能,并指定待测量量子比特。
b) 将待测量子比特初始化到|0>态。
c) 对待测量子比特施加X/2操作,将其制备到布洛赫球赤道位置的|+>叠加态。
d) 待量子比特自由演化时间t后,对量子态施加X/2操作,之后对量子态进行测量,得到量子比
特处于|1>态的概率P1。
e) 逐渐延长演化时间t,得到不同演化时间t下的概率P1,从而得到一组测量数据[t,P1(t)]。
f) 通过公式(5)对数据[t,P1(t)]进行拟合。
6.1.4.2.2 CPMG实验测试方法
横向弛豫时间的CPMG实验测试方法时序见图4,横向弛豫时间的符号标记为TCPMG2 。
图4 横向弛豫时间的CPMG实验测试方法时序
横向弛豫时间TCPMG2 的CPMG测试方法包括以下步骤。
a) 关闭编译系统上量子比特映射功能,并指定待测量量子比特。
b) 将待测量子比特初始化到 0>态。
c) 对待测量子比特施加X/2操作,将其制备到布洛赫球赤道位置的 +>叠加态。
d) 闲置t/2n时间积累相位误差,然后依次施加n个Ry(π)门,将比特转到x-y平面另一端,每个
Ry(π)门之间的时间间隔为t/n,最后1个Ry(π)门结束之后,等待t/2n时间,施加1个Rx(π/2)
门将比特激发到 1>态,最终测量比特在 1>态的概率P1。
注1:n为施加的π门数量。
e) 逐渐延长演化时间t,得到不同演化时间t下的概率P1,从而得到一组测量数据[t,P1(t)]。
f) 通过公式(6)对数据[t,P1(t)]进行拟合。
6.2 基础操控指标
6.2.1 保真度
6.2.1.1 初始化保真度
初始化保真度测试方法包括以下步骤。
a) 对待测量子比特进行初始化制备到 0>态。
b) 测量量子比特的状态,采样Nt次,得到处在 0>态的次数为N0。
c) 由公式(7)计算每个比特初始化制备到 0>态的概率P0:
6.3.7 能耗
6.3.7.1 空载能耗
空载能耗测试方法包括以下步骤:
a) 待......
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