清华新闻网8月18日电 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。
该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。
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。
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”（Efficient implementation of arbitrary two-qubit gates using unified control）为题，于8月15日发表于《自然·物理》（Nature Physics）。
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为论文共同通讯作者。
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