跨层级基准难在哪
一条量子线路在工程流程上要经过多次抽象层的变化：算法结构 → 逻辑门集 → 物理门集 → 具体硬件的连接图与时序。每一次变化都会改写成本指标：
- 从算法到逻辑门集，指标从”调用了几次加法”变成” 与 ”；
- 从逻辑门集到物理门集，CNOT 会被分解成更长的原生门序列， 通常不变但线路规模暴涨；
- 落到具体硬件，连接性与门时长才被引入，SWAP 数与调度深度成为新的主导项。
因此一张榜单如果不说清”在哪个抽象层上数的”，就是不可比的。MQT Bench 的出发点正是这个：它把”跨层级支持不同抽象层""易用的 Web 界面与 Python 包""足够广的基准集合以保证结论可推广""对未来算法、门集与硬件架构可扩展”列为四条核心设计原则，规模是超过 7 万条基准线路、2 到 130 比特、覆盖四个抽象层。注意”四个抽象层”是套件自述的划分方式；上面那三层只是说明为什么必须分层，不是对该套件层名的复述。
读对比表前必须对齐的四件事
| 口径项 | 不对齐会发生什么 |
|---|---|
| 抽象层 | 把逻辑门层的 T 数和映射后的 SWAP 数排在一起，两者没有任何关系 |
| 指标定义 | ”门数”若一个报 T 门、一个报 CNOT，比例再好看也是噪声 |
| 寄存器约定 | 就地加法与异地加法的门数不可比（见比特序与寄存器约定） |
| 是否含辅助位与反计算 | 报”就地”版本的论文会系统性地少算一整段 UMA/反计算 |
四条里第二条最常见，第三条最隐蔽。在把两篇算术线路论文的数字放进同一张表之前，先确认它们用的是同一把尺子。
算术线路与随机线路在基准里不是一回事
公开套件里的线路大多由随机线路或通用门序列生成。随机线路的资源分布是均匀的：两比特门按门型大致均摊，非 Clifford 门稀疏且分散。算术线路完全相反——它的非 Clifford 门高度集中在少数结构位置上（MAJ/UMA 里的 Toffoli、QFT 里的受控旋转、模归约里的比较），并且呈现规则的层状结构。
这带来两个直接后果：
- 用随机线路基准衡量魔法态压力会严重失真。 随机线路的 T 门宽度小、分布散；算术线路的 T 门宽度大、成簇出现。工厂需要的批处理缓冲和总产能在两种线路上完全不是一个量级。
- 用随机线路基准衡量编译收益会误导算术线路。 通用优化器（见线路优化）的目标分布恰恰更接近随机线路，把它套到手工优化过的算术骨架上，收益通常远小于在随机线路上看到的数字。
这不是说随机线路基准无用——它对验证经典模拟器很有价值（见模拟工具）。只是它是模拟器基准，不是算术线路资源基准。
一份可操作的评测清单
评估一个算术线路或一条工具链时，建议按这个顺序收集数据：
- 在逻辑门层报出 、、逻辑比特数、寄存器约定；
- 报出相对相位门与非 Clifford 门的比例，以及 T 门宽度分布；
- 若关心硬件，再往下映射一层，报 SWAP 数与映射后深度；
- 用模拟器独立复核第 1 项——这一步能抓出大量”论文里报的和线路里实际有的”不一致。
第 4 步值得强调：算术线路的常见错误是手工推导的门数与实际 IR 里的门数对不上。这类错误在纸面上看不出来，把线路喂进一个能读出精确门数的工具就能立刻暴露。Stim 这类稳定子线路工具提供了一个可核对的规模参照：它能在 15 秒内分析完一个距离 100 的表面码线路（2 万物理比特、800 万门、100 万次测量），此后按 1 kHz 采样完整线路——这个量级说明”把整条算术线路交给工具逐门核对”在工程上是可行的，不存在”太大没法验证”的问题。
论文依据
- Quetschlich 等 2023，MQT Bench —— 本词条主引文。给出跨层级基准套件的四条设计原则、超过 7 万条线路 / 2–130 比特 / 四个抽象层的规模，以及”此前没有跨层级统一基准、工具评测方式缺乏整合”这一问题陈述。是本词条全部关于基准可比性的事实依据。
- Steiger 等 2018，ProjectQ —— 提供了一个带资源计数与线路绘制插件的实际编译框架，可视为”基准需要哪些插件能力”的具体参照；其扩展机制也说明评测工具本身是可插拔的。
- Gidney 2021，Stim —— 提供距离 100 表面码线路（2 万比特、800 万门、100 万次测量、15 秒分析、1 kHz 采样）的可核对规模，以及生成探测器误差模型的能力，是本词条第 4 步”用模拟器独立复核”这条建议的工具依据。
- Gray 与 Kourtis 2021，Hyper-optimized tensor network contraction —— 展示了基准的另一半：同一条线路的经典模拟代价会因收缩顺序不同而相差多个数量级（该文估计对 Sycamore 线路的经典模拟相对原始预期加速超过 10⁴ 倍）。这说明”基准”要指明用哪条评价链，否则数字同样不可比。