量子指令集（QIS，quantum instruction set）規(guī)定了量子芯片內(nèi)最基本的邏輯操作，是連接量子軟件和底層硬件的核心界面。指令集對計算機的性能至關(guān)重要，而量子計算不同于經(jīng)典計算的是，其硬件和軟件的研究同時處于早期并且迅速發(fā)展的階段。這導(dǎo)致量子芯片設(shè)計者會從日新月異的硬件出發(fā)，探索最適合硬件原生實現(xiàn)的指令集，優(yōu)化指令的執(zhí)行時間和精度。而同時，量子軟件最終需要編譯到指令集上來執(zhí)行，所以量子軟件開發(fā)者會從軟件編譯和執(zhí)行的效率出發(fā)來考慮指令集。量子計算機最終的效率是軟件和硬件效率的乘積，這要求指令集的設(shè)計必須突破這種各自為政的模式，兼顧軟硬件的性能。

達摩院量子實驗室基于從芯片設(shè)計到軟件性能的端到端評估，發(fā)展了一套軟硬件協(xié)同的框架用以設(shè)計量子指令集。在此框架下，研究團隊提出了以2比特量子門SQiSW作為核心指令的新型量子指令集，從理論和實驗上展示了該指令集對軟硬件性能同時的提升。

實驗表明，相比以主流的iSWAP門為核心的指令集，達摩院SQiSW門核心指令的自執(zhí)行時間減少50%，錯誤率降低41%；執(zhí)行基準(zhǔn)量子程序所需的指令數(shù)減少26%，最終錯誤率降低50%，充分展現(xiàn)出新指令集簡潔且高效的特性。

“從理論創(chuàng)新，到數(shù)字模擬，再到物理實現(xiàn)和實驗，這一工作是我們多學(xué)科能力的聚合?！边_摩院量子實驗室負責(zé)人施堯耘表示，“多學(xué)科高度融合既是實現(xiàn)量子計算的內(nèi)在要求，也是達摩院量子實驗室能力結(jié)構(gòu)的亮點。”

據(jù)悉，《物理評論快報》（Physical Review Letters）是物理學(xué)界收錄最具影響力的進展和變革性思想的頂級學(xué)術(shù)刊物。此前，達摩院關(guān)于fluxonium超導(dǎo)量子芯片的成果就曾發(fā)表于該刊物。

附：達摩院新型量子指令集成果論文鏈接
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.070601

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