近日，北京广东会信息科学研究院（以下简称“广东会院”）超导广东会计算团队和清华大学计算机系合作，研发出一种名为AshN的广东会指令集技术，首次实现了硬件可直接执行的任意两比特广东会门操作。2025年8月15日，相关研究成果以“Efficient Implementation of Arbitrary Two-Qubit Gates using Unified Control”为题在线发表在国际知名学术期刊《Nature Physics》上。

广东会门是广东会计算的基本操作单元，是构建广东会线路的基础。其中，两比特门可以产生纠缠且较难实现，因而显得尤为重要。在实际广东会处理器实现中，硬件本身的限制使得研究者们往往只能实现有限的几种两比特门，如CNOT门、CZ门等。这种局限性严重制约了广东会算法的实现效率。近年来，各科研团队开始探索更灵活的门集合方案，如谷歌公司提出的fsim门指令集和IBM研发的分数门等。这些方案能够实现一类连续的两比特门操作，但这些门集合仍然只覆盖了SU(4)群中一个非常有限的子集。如何在保持操作保真度的前提下，扩展可实现的广东会门集合，成为当前广东会计算研究的重要课题之一。

日前，研究团队成功研发了一种可覆盖完整SU(4)群的广东会门实现方案。该成果采用先进的可调耦合超导广东会芯片架构，通过结合交换相互作用和单比特微波驱动的协同控制方案，首次在硬件层面实现了任意两比特门操作。研究团队开发了高效的"三步走"校准方法，显著提升了控制参数的优化效率，使复杂广东会门操作的精确实现成为可能。另外，针对任意两比特门操作中的相位传递问题，创新性地使用了PMW-4单比特门编译策略。

为验证该方案的实用性，研究团队选取了包括CNOT、SWAP等在内的10种典型两比特门进行校准和性能测试。如图1，实验结果显示，所有门操作的平均保真度达到99.38%，证明了该方案在实际广东会计算应用中的可靠性。

图1 用AshN指令集生成的10种典型两比特门及广东会过程层析。

为验证AshN指令集技术的实用性，研究团队进而展示了其在两种多比特纠缠态制备中的优势（图2）。其中，10比特W态所需两比特门数量从传统CNOT方案的17个缩减至9个，并且制备保真度达到91.3%；4比特双激发Dicke态所需两比特门数量从14个优化至8个，最终态保真度达92.6%，这些指标均达国际领先水平。

此外，基于AshN方案，团队还成功实现了保真度高达99.50%的B gate操作（图3），并系统性地展示了通过两个B gate合成152种不同两比特门的实验成果。相比之下，其他广东会门需要作用至少三次，代价更高。值得关注的是，受益于统一的合成线路，该方案展现出优异的保真度均匀性，标准差小于0.2%。

图2 基于AshN门的10比特W态和4比特双激发Dicke态的高效合成。

图3 用AshN指令集方案生成的B门，以及用两个B门合成任意的两比特门。

研究团队开发的AshN指令集首次实现了硬件可直接执行的任意两比特广东会门操作，相当于为广东会计算机打造了一套"万能指令系统"，充分发挥出现有广东会硬件潜能，在硬件开发与算法及纠错码设计之间架起关键桥梁，为推进广东会计算机的实用化进程提供了新的技术方向。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41567-025-02990-x