以AshN指令微架构实现CNOT，iSWAP，B等常用两比特门的效果。

本报讯 近日，清华大学计算机系陈建鑫副教授团队与北京量子信息科学研究院燕飞研究员团队合作在量子计算机体系结构领域取得重要进展，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。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”为题，发表在《自然·物理》（Nature Physics）期刊上。

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，研究团队创新性地提出了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。

AshN指令集的理论方案已由陈建鑫团队在计算机体系结构领域顶级会议ASPLOS'24上发表。该方案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。

陈建鑫与燕飞为该论文的共同通讯作者，北京量子信息科学研究院助理研究员陈臻与副研究员刘伟洋为共同第一作者。

（计算机系）