GBT 47468-2026 量子计算系统性能测试方法标准立项发展报告

量子计算系统性能测试方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:TestMethodsforPerformanceofQuantumComputingSystems摘要关键词：量子计算；性能测试；国家标准；量子比特；量子体积；测试方法；标准化一、引言1.1研究背景量子计算被视为后摩尔时代最具颠覆性的计算范式之一。自2019年Google宣布实现“量子霸权”以来，全球主要经济体纷纷加大在量子信息技术领域的战略投入。美国、欧盟、日本等国家和地区相继发布了量子技术发展路线图，IBM、Google、IonQ、Xanadu等企业持续提升量子处理器的比特数量与质量。中国在量子计算领域同样取得了长足进步，本源量子、国盾量子、百度量子等机构相继推出了多种类型的量子计算原型机与云服务平台。然而，与经典计算成熟完善的性能评测体系不同，量子计算系统的性能评价尚处于探索阶段。不同技术路线（超导、离子阱、光量子、中性原子、拓扑等）之间的性能对比缺乏统一尺度；同一技术路线内，不同厂商对“量子比特数”“量子门错误率”等关键指标的定义和测量方式也存在不一致的问题。这种标准化缺失不仅增加了用户的选型成本，也不利于政府投资效率的评价和产业生态的健康发育。1.2标准立项的必要性在此背景下，制定《量子计算系统性能测试方法》国家标准具有必要性。其一，该标准可为量子计算系统的研发提供统一标尺，引导科研机构和企业从“唯比特数论”转向多维度综合评价体系，促进技术理性发展。其二，我国量子计算产业正处于由技术验证向应用探索过渡的关键阶段，政府采购和行业应用亟需权威的性能评价依据，统一的测试标准有助于营造公平有序的竞争环境。其三，国际标准化组织（如ISO/IECJTC1）已在量子计算术语与参考架构方面启动相关工作，我国在性能测试方法领域率先布局，有助于增强在国际标准化治理中的话语权与影响力。二、标准编制概况与依据2.1标准基本信息本标准编号为GB/T47468-2026，标准名称为《量子计算系统性能测试方法》，英文名称为“TestMethodsforPerformanceofQuantumComputingSystems”。标准状态为“未生效”，属于国家标准（推荐性），分类号为信息技术应用综合类。发布日期为2026年4月30日，实施日期为2026年11月1日。2.2编制原则本标准的编制遵循以下基本原则：科学性原则。标准确立的性能指标体系建立在量子计算领域主流学术研究成果基础之上，所采用的测试方法与量子物理基本原理相吻合，同时兼顾各主要硬件实现路线的特点。例如，标准对性能指标的定义不局限于某一种技术体系，而是采用与物理实现方式无关的通用性描述，允许超导、离子阱等不同体系在实际执行时提供对应的测量方案。可操作性原则。标准规定的测试流程、环境要求和数据处理方法充分考虑当前技术成熟度和行业惯例，确保在现有条件下可实施、可重复、可核查。对于量子计算发展较快、现阶段测试协议尚未完全收敛的部分高级指标，标准以附录形式给出参考性测试方法，避免因过度追求完备而损害可用性。规范性原则。标准运用GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》所规定的规则进行编制，术语定义、测试条件和报告格式等要素均做出明确而统一的规定，保证不同测试机构之间的结果可比性。前瞻性原则。标准在指标体系的顶层设计中预留了扩展接口，不仅覆盖当前主流NISQ（含噪声中等规模量子）阶段设备的基本性能评价，也为未来容错量子计算时代的评测需求做出框架性设计。三、国内外研究现状与标准对比3.1国际相关标准与研究进展当前，国际上尚无ISO/IEC层面的量子计算系统性能测试方法正式标准。ISO/IECJTC1下属的SC42（人工智能分技术委员会）和SC7（软件与系统工程分技术委员会）分别在量子计算术语、参考架构等方面开展了前期研究。2021年，ISO/IECJTC1成立了量子计算工作组，但总体而言，聚焦于性能度量与基准测试的标准制定工作仍在早期研讨阶段。产业界方面，IBM于2017年提出了“量子体积”（QuantumVolume）概念，综合考虑量子比特数、门错误率、串扰和测量错误等因素，使用随机量子电路的成功概率进行度量。Google则提出了以“量子优越性实验”为代表的应用级测试方案，并通过系统化的随机电路采样在53比特超导量子处理器上演示了超过经典超级计算机的计算能力。IonQ、Quantinuum等离子阱领域企业则更注重单比特和双比特门的高保真度指标。此外，学术界也相继提出了XEB（交叉熵基准）、Q-Score、应用基准集等多种评测方法。值得关注的是，NIST和欧洲量子旗舰计划近年来也发布了面向量子计算性能指标的评测建议框架，这些内容为本标准的起草提供了有益参考。3.2国内标准化进展国内量子计算标准化工作近年来明显加速。全国信息技术标准化技术委员会（TC28）下设的量子信息标准化工作组已在量子计算术语、量子密钥分发设备安全要求等方面开展了标准研制工作。团体标准层面，《量子计算云平台技术规范》《量子计算系统性能评测指南》等文件也在相关联盟中取得了阶段性成果，为本次国家标准研制积累了重要的实践经验。但在此之前，国内尚无针对量子计算系统性能测试方法的国家级标准，GB/T47468-2026的发布填补了这一空白。3.3本标准与国内外现有工作的关系本标准在吸收和借鉴国际主流评测思想的基础上，结合中国量子计算硬件发展的实际态势，构建了“基础指标+综合指标+扩展指标”的梯度式测试框架。与IBM量子体积等企业主导的基准相比，本标准具有显著的独立性与中立性；与学术界提出的各类专用基准相比，本标准侧重于工程可执行性与结果可复现性。标准的定位不是简单地“认证孰优孰劣”，而是提供一套科学可靠的“度量衡”，使不同量子计算系统的性能信息能够被生产方声明、第三方验证和用户方理解。四、标准主要技术内容4.1标准的适用范围本标准规定了量子计算系统性能测试的通用方法，适用于以超导、离子阱、中性原子和光量子等为主要物理实现方式的量子计算系统，包括通用量子计算机、量子云平台所依托的量子处理器及量子模拟器等。考虑到不同类型的量子计算设备在其发展水平、应用目标及服务体系上存在显著差异，标准将性能指标体系设计为“通用约束+分类可选”结构：凡属于量子计算系统范畴的设备均应满足通用约束所规定的测试条件和报告要求，而各具体指标项目的适用性可由测试方和被测试方依据系统类型和应用需求在测试方案中选定，并在测试报告中注明。测试活动可在实验室环境下进行，也可在量子计算云平台的真实运行环境中开展。4.2规范性引用文件本标准在编制过程中规范性引用了以下文件和标准：GB/T5271.1-2000《信息技术词汇第1部分：基本术语》、GB/T11457-2006《信息技术软件工程术语》、GB/T32391-2015《信息技术云计算参考架构》、ISO/IEC2382:2015Informationtechnology—Vocabulary等。这些引用文件为标准的术语定义和测试环境的规范化提供了基础支撑。4.3核心术语与定义本标准统一规定了16个核心术语及其定义，涵盖该领域内使用频率较高但此前定义不够统一的基本概念。其中主要术语举例如下：量子计算系统：利用量子力学原理（如叠加、纠缠和干涉）执行信息处理任务的完整硬件与软件系统，包括量子数据平面、量子控制平面和量子处理程序及算法三部分。量子比特：量子计算系统中的基本信息单元，是量子态的二维希尔伯特空间中的二能级系统。量子门保真度：量子门实际操作过程接近理想操作的精度度量，通常用量子过程层析或随机基准测试等方法测定。量子体积：综合考虑量子比特数、门错误率、测量错误、串扰和并行能力等要素的综合性能度量指标。退相干时间：量子系统保持量子相干性质的特征时间参数，包括T₁能量弛豫时间和T₂相位弛豫时间。基准测试：使用标准化任务或电路对量子计算系统的性能进行定量测量的过程。4.4测试环境要求标准对性能测试的环境条件提出了明确要求，包括必要的环境参数（如温湿度条件、电磁屏蔽情况、振动水平等）、校准要求、重复测量次数以及数据记录与处理方法。标准还需满足测试所用的校准方法应能溯源至相应计量基准或经同行评议的标准方法，并提供可行的多轮独立采样方案作为替代路径。云平台环境下，标准要求记录虚拟机规格、网络延迟、任务排队策略等信息以保证可重复性。4.5性能指标体系标准构建的性能指标体系分为三个层级：基础指标层（硬件表征指标），主要包括量子比特数量、相干时间（T₁和T₂）、单比特门保真度、双比特门保真度、测量保真度及读出错误率等。基础指标层关注处理器硬件本身的基本物理特性与操作质量，所涉的测量与校准活动直接作用于量子处理器，不依赖上层软件或应用算法。综合指标层（系统级评测指标），包括量子体积、量子比特互连性（即量子比特之间的连通拓扑及其受控纠缠操作的可用性）、量子并行处理能力（同步执行互不干扰的量子操作的能力）以及电路层叠编译效率（将逻辑线路高效映射至物理线路的编译成功率与资源开销）等，以反映量子计算系统的整体性能。综合指标层需要在完整计算栈（硬件+控制系统+编译软件）上执行规范化评测任务。扩展指标层（应用导向），包括典型量子算法运行时间与成功率（如量子傅里叶变换、量子近似优化算法、变分量子本征求解器等）、云端服务质量指标（任务响应时间、可用性等）、与经典计算协同工作的端到端性能。扩展指标层是面向未来应用的开放性测试框架。4.6测试方法与流程标准对每一类性能指标给出了详细的测试方法，包括具体实验序列（如随机基准测试中的随机Clifford门序列的生成规则）、采样规模要求、数据处理公式和判据准则。以量子体积的测量为例，标准规定采用一系列方形的随机量子电路执行成功概率测试，通过二分搜索求得最大可成功运行的电路宽度和深度组合。在具体微流程层面，标准统一规定了设备预热、测试前校准步骤、预设测试子任务集、结果判定规则和数据记录格式，保证跨机构测试结果的可比性。4.7测试报告要求标准规定了量子计算系统性能测试报告的格式和内容框架，要求报告包含被测试系统的基本描述（技术路线、量子比特数、控制方式等）、测试环境的完整描述（日期、地点、温湿度、电磁环境等）、各项指标的测试结果及不确定度分析，以及测试结论声明。报告应详细记录测试方案与标准的偏离情况，对任何未按标准规定路径执行的步骤需做出说明并评估其对结果有效性的影响。五、主要参与编制单位介绍本标准由全国信息技术标准化技术委员会（TC28）提出并归口，联合国内量子计算领域多家优势单位共同起草。主要起草单位包括中国信息通信研究院、中国科学技术大学、本源量子计算科技（合肥）股份有限公司、百度在线网络技术（北京）有限公司、国盾量子技术股份有限公司等。其中，本源量子计算科技（合肥）股份有限公司在标准研制过程中发挥了关键作用。本源量子是中国第一家量子计算初创企业，也是国内少数同时具备超导量子芯片自主研发能力和工程化交付能力的综合型量子计算企业。公司总部位于安徽合肥高新技术产业开发区，核心技术团队由中国科学技术大学量子信息领域的资深科学家和工程师组建。近年来，本源量子相继推出了多代超导量子处理器，并通过本源量子云平台对外开放量子计算服务。截至标准编制完成时，本源量子已建成覆盖量子芯片设计、制备、封装、测控和软件应用的全链条开发体系。在本标准的研制过程中，本源量子承担了以下核心技术工作：第一，向标准工作组提供了公司自主研发的超导量子计算系统的全套实测数据和评测方案草案，为本标准中基础性能指标（尤其是量子门保真度和相干时间）测试方法的确定提供了丰富的工程实验数据支撑。这些数据涵盖了多批次量子处理器的测试结果，使标准制定者能够判断不同测试方案在实际设备上的可行性与重复性。第二，深度参与了量子体积测试方法的可行性验证工作，在自主研发的量子云平台上组织开展了跨区域交叉验证测试，为标准中综合指标层测试流程的确定提供了第一手实践经验。第三，公司软件团队为标准的配套基准测试电路集提供了编译和优化工具链支持，使标准中规定的测试电路能够在国产量子设备上高效运行。第四，作为国内量子计算工程化的先行者，本源量子还从设备制造商角度为标准中测试报告格式和性能声明规范提出了多项建设性意见，确保标准既具有学术严谨性，又具备产业可操作性。六、标准实施的意义与预期效益GB/T47468-2026作为我国首个聚焦量子计算系统性能测试方法的国家级标准，其实施将为量子计算技术提供统一的性能测试方法，有效规范和指引量子计算系统性能测试工作。从产业角度看，标准为量子计算设备制造商提供了清晰的研发对标基准，有助于引导企业在提升量子比特数量的同时重视门保真度、相干时间等多维指标的协同优化；也给用户方提供了依据统一的测试方法遴选产品或服务的技术支撑，降低信息不对称风险和选型成本。在政策层面，该标准的发布与实施可为政府科技计划的立项评估、绩效考核和采购验收提供规范化的依据，提升公共资金投入的使用效率和透明度。同时，标准的发布也为建立国家量子计算性能第三方测试实验室奠定了制度基础，有望在不久的将来形成“标准—测评—认证”一体化质量基础设施体系。从国际合作维度审视，本标准填补了ISO/IEC层面在量子计算系统性能评测方面尚未形成正式国际标准的空档期，使我国有机会在量子计算国际标准格局形成的关键窗口期内输出中国方案、贡献中国智慧，增强我国在量子信息技术国际治理中的影响力和话语权。七、结论量子计算正在从基础研究加速迈向应用探索的新阶段，性能评测标准化是推动这一进程的关键基础设施。GB/T47468-2026《量子计算系统性能测试方法》的制定与发布，是量子信息标准化工作在性能度量方向取得的关键突破，填补了我国在该领域国家标准层面的空白。标准构建的“基础指标—综合指标—扩展指标”三层性能评价框架，兼顾了当前NISQ阶段的技术成熟度与未来容错量子计算的发展需求；标准确立的测试方法与规范和权威的评测体系，为量子计算系统的研发测试和第三方测评提供了统一的、规范化的权威依据。展望未来，随着量子计算技术的持续演进和产业生态的不断成熟，本标准将适时启动修订与扩展工作。后续研究中，可重点考虑以下方向：追踪容错量子计算（FTQC）新指标的引入，完善量子云计算服务的性能评测方案，推进与ISO/IEC国际标准的深度对接互动，以及探索面向具体应用场景（如量子化学模拟、组合优化、密码分析等）的垂直领域评测标准制定。本标准所确立的框架体系和技术方案，必将在实践中持续发挥其基础性、引领性和支撑性的重要作用，我国量子计算标准化工作也将在现有成果基础上继续深化，构建更加完备的量子信息标准体系，为全球量子计算产业健康发展做出更大贡献。参考文献[1]全国信息技术标准化技术委员会.GB/T47468-2026量子计算系统性能测试方法[S].北京:中国标准出版社,2026.