Stand 2026-07-10Level 3

Native Gatter

Native Gatter sind die Menge der Gatter, die ein Quantenchip direkt ausführen kann — definiert nicht durch feste Chip-Physik, sondern durch die heutige Kalibrierung, und von Ihrem Schaltkreis aus nur über Transpilation erreichbar.

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Was es bedeutet

Ein Quantenschaltkreis wird üblicherweise mit Lehrbuch-Gattern wie H und CX geschrieben, aber ein physischer Chip kann nur eine kleine Menge nativer Gatter ausführen — zum Beispiel PRX und CZ auf manchen supraleitenden Plattformen.Die Transpilation schreibt den Schaltkreis auf derselben Abstraktionsebene in einen äquivalenten um, der nur aus dieser nativen Menge besteht (wie TypeScript → JavaScript, im Gegensatz zur Kompilierung, die auf eine tiefere Ebene hinabsteigt).Entscheidend ist: Die native Menge ist keine feste Eigenschaft des Siliziums — sie wird durch die Kalibrierung definiert, sodass ein und derselbe Chip an verschiedenen Tagen verschiedene Gatter unterstützen kann.Daraus folgen drei Feinheiten.Erstens kann die Gatterunterstützung pro Qubit variieren — die Qubits 1, 2, 3 und 5 unterstützen vielleicht die Gatter A und B, während Qubit 4 B und C unterstützt.Zweitens wirken native Zwei-Qubit-Gatter auf Koppler, die Bauteile zwischen den Qubits, und werden daher als 'Gatter D unterstützt zwischen Qubit 1 und 3' gemeldet, nicht auf einem Qubit.Drittens ist selbst ein natives Gatter noch eine Abstraktion: Dasselbe PRX-Gatter kann mehrere verschiedene Implementierungen auf Pulsebene haben, etwa drag_gaussian, drag_crf oder drag_gaussian_sx.Praktische Konsequenz: Transpilieren Sie immer gegen die aktuellen Kalibrierungsdaten, nicht gegen die Annahmen von gestern.

Alltagsvergleich

Ich habe meinen Brief mit den Wörtern H und CX geschrieben, aber dieser Chip versteht nur PRX und CZ — der Brief muss also erst in das Vokabular des Chips umgeschrieben werden, bevor er zugestellt werden kann. Und hier kommt die Pointe: Das Vokabular des Chips steht nicht in einem festen Wörterbuch. Es wird von der heutigen Kalibrierung festgelegt, sodass derselbe Chip morgen einen anderen Wortschatz 'sprechen' kann.
Eine Etymologie mit Ironie: 'nativ' stammt vom lateinischen nativus, 'angeboren' — doch native Gatter sind gerade nicht angeboren; sie werden durch Kalibrierung definiert und können sich von Tag zu Tag ändern. Koreanisch, Japanisch und Chinesisch geben den Begriff als 고유 게이트 / 固有 ('von Natur aus besessen') wieder, was dieselbe Ironie trägt: Was der Chip 'von Natur aus besitzt', wird in Wirklichkeit von der heutigen Kalibrierung entschieden.

Häufige Missverständnisse

  • Native Gatter sind KEINE feste Chip-Physik — sie werden durch Kalibrierung definiert, und die unterstützte Menge kann pro Qubit variieren und sich von Tag zu Tag ändern.
  • Native Zwei-Qubit-Gatter wirken nicht auf die Qubits selbst — sie wirken auf Koppler, die Bauteile zwischen den Qubits; deshalb wird die Unterstützung als 'Gatter D unterstützt zwischen Qubit 1 und 3' gemeldet.
  • Selbst ein natives Gatter ist noch eine Abstraktion: Dasselbe PRX-Gatter kann mehrere verschiedene Puls-Implementierungen haben (drag_gaussian, drag_crf, drag_gaussian_sx, …).

Das Wichtigste

  • Die Transpilation überführt die Gatter Ihres Schaltkreises in die heutige native Gattermenge — eine Übersetzung auf gleicher Ebene, wie TypeScript zu JavaScript.
  • Drei Feinheiten: Die Gatterunterstützung variiert pro Qubit, Zwei-Qubit-Gatter leben auf Kopplern zwischen den Qubits, und ein natives Gatter kann mehrere Puls-Implementierungen haben.
  • Weil die native Menge kalibrierungsdefiniert ist, kann derselbe Chip morgen anders 'sprechen' — transpilieren Sie gegen die heutigen Kalibrierungsdaten.

Verständnis prüfen

Die Dokumentation eines Chips besagt, dass er derzeit die Gatter PRX und CZ unterstützt. Welche Aussage ist am zutreffendsten?

  1. A.Diese Menge ist eine dauerhafte physikalische Eigenschaft des Chips
  2. B.Diese Menge wird durch die aktuelle Kalibrierung definiert und kann pro Qubit und pro Tag variieren
  3. C.Jeder Schaltkreis muss vom Benutzer von Hand nur mit PRX und CZ neu geschrieben werden
  4. D.PRX und CZ wirken immer direkt auf die Qubits, nie auf Koppler
Antwort anzeigen

Antwort: B. Diese Menge wird durch die aktuelle Kalibrierung definiert und kann pro Qubit und pro Tag variieren

Warum: Die native Gattermenge wird durch Kalibrierung definiert, nicht durch feste Silizium-Physik: Die Unterstützung kann pro Qubit und pro Tag variieren, Zwei-Qubit-Gatter wie CZ wirken auf Koppler, und das Umschreiben übernimmt der Transpiler — nicht der Benutzer.

Warum kann ein Gerätebericht sagen 'Gatter D wird zwischen Qubit 1 und 3 unterstützt' statt 'auf Qubit 1' oder 'auf Qubit 3'?

  1. A.Weil Gatter D eine Messoperation ist
  2. B.Weil native Zwei-Qubit-Gatter auf den Koppler wirken, das Bauteil, das die beiden Qubits verbindet
  3. C.Weil Qubit 1 und 3 dieselbe Puls-Implementierung teilen
  4. D.Weil Gatter D ein reines Software-Konstrukt ohne physischen Ort ist
Antwort anzeigen

Antwort: B. Weil native Zwei-Qubit-Gatter auf den Koppler wirken, das Bauteil, das die beiden Qubits verbindet

Warum: Native Zwei-Qubit-Gatter werden auf Kopplern ausgeführt — abstimmbaren Bauteilen zwischen Qubit-Paaren —, daher wird die Unterstützung natürlicherweise pro Verbindung und nicht pro Qubit gemeldet.

Baut auf

Transpilation und Routing

Verwandte Begriffe

KalibrierungQubitQubit-RoutingGatter-Fidelität

Which gate sets are native is calibration- and vendor-defined and changes over time; concept text is explicit about this. Re-verified 2026-07-10: no material drift.

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Dieses Konzept ist Teil eines Curriculums mit 46 Leveln, einem interaktiven Simulator und Lumen — einem Tutor, der seine Antworten prüft und kennzeichnet, wie sicher sie sind. Level 1–5 sind kostenlos.

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