2月16日，阿里巴巴达摩院公布新型量子指令集，不仅大幅提升核心指令的执行效率和精度，也大幅提高了编译效率和性能。该成果发表于物理学顶刊《物理评论快报》最新一期上，期刊评议认为，该项工作同时在理论和实验上证明了新型指令集的优越性，其发展的方法将有助于革新业界设计量子指令集的范式。
量子指令集（QIS，quantum instruction set）规定了量子芯片内最基本的逻辑操作，是连接量子软件和底层硬件的核心界面。指令集对计算机的性能至关重要，而量子计算不同于经典计算的是，其硬件和软件的研究同时处于早期并且迅速发展的阶段。这导致量子芯片设计者会从日新月异的硬件出发，探索最适合硬件原生实现的指令集，优化指令的执行时间和精度。而同时，量子软件最终需要编译到指令集上来执行，所以量子软件开发者会从软件编译和执行的效率出发来考虑指令集。量子计算机最终的效率是软件和硬件效率的乘积，这要求指令集的设计必须突破这种各自为政的模式，兼顾软硬件的性能。
达摩院量子实验室基于从芯片设计到软件性能的端到端评估，发展了一套软硬件协同的框架用以设计量子指令集。在此框架下，研究团队提出了以2比特量子门SQiSW作为核心指令的新型量子指令集，从理论和实验上展示了该指令集对软硬件性能同时的提升。
实验表明，相比以主流的iSWAP门为核心的指令集，达摩院SQiSW门核心指令的自执行时间减少50%，错误率降低41%；执行基准量子程序所需的指令数减少26%，最终错误率降低50%，充分展现出新指令集简洁且高效的特性。
“从理论创新，到数字模拟，再到物理实现和实验，这一工作是我们多学科能力的聚合。”达摩院量子实验室负责人施尧耘表示，“多学科高度融合既是实现量子计算的内在要求，也是达摩院量子实验室能力结构的亮点。”
据悉，《物理评论快报》（Physical Review Letters）是物理学界收录最具影响力的进展和变革性思想的顶级学术刊物。此前，达摩院关于fluxonium超导量子芯片的成果就曾发表于该刊物。
附：达摩院新型量子指令集成果论文链接
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.070601
