量子計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)標(biāo)記自己的工作

一項(xiàng)新的檢查量子計(jì)算機(jī)是否能夠給出對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算范圍之外的問(wèn)題的正確答案的測(cè)試可以幫助第一臺(tái)可以超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算機(jī)得以實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)創(chuàng)建允許量子計(jì)算機(jī)檢查自己對(duì)難題的答案的協(xié)議，華威大學(xué)的科學(xué)家提供了一種手段，可以在不過(guò)度使用資源的情況下確認(rèn)量子計(jì)算機(jī)能夠正常工作。

來(lái)自大學(xué)物理系的Samuele Ferracin，Theodoros Kapourniotis和Animesh Datta博士最近在今天發(fā)表的《新物理學(xué)雜志》的一篇論文中解決了這個(gè)問(wèn)題。

研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種協(xié)議，可以量化噪聲對(duì)量子計(jì)算機(jī)輸出的影響。噪聲被定義為影響量子機(jī)硬件但不受用戶控制的任何事物，例如溫度波動(dòng)或制造缺陷。這會(huì)影響量子計(jì)算機(jī)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

當(dāng)應(yīng)用時(shí)，研究人員的測(cè)試產(chǎn)生兩個(gè)百分比：估計(jì)量子計(jì)算機(jī)與正確結(jié)果的接近程度，以及用戶對(duì)該接近程度的信心程度。

該測(cè)試將幫助量子計(jì)算機(jī)的制造商確定其機(jī)器是否在正常運(yùn)行以幫助改善其性能，這是確定未來(lái)量子計(jì)算的實(shí)用性的關(guān)鍵一步。

Warwick大學(xué)物理系的Animesh Datta博士說(shuō)：“量子計(jì)算機(jī)只有在做兩件事時(shí)才有用：第一，它解決了一個(gè)難題;第二，我認(rèn)為不那么受歡迎的是，它解決了如果解決不正確，就無(wú)法找出答案。因此，本文提供的一種方法是，確定計(jì)算結(jié)果與正確程度的接近程度。”

確定量子計(jì)算機(jī)是否已經(jīng)為難題提出了正確的答案是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，因?yàn)榘凑斩x，這些問(wèn)題超出了現(xiàn)有經(jīng)典計(jì)算機(jī)的范圍。檢查所產(chǎn)生的答案是否正確，通常涉及使用大量經(jīng)典計(jì)算機(jī)來(lái)解決問(wèn)題，這在他們解決更具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題時(shí)是不可行的。

相反，研究人員提出了另一種方法，該方法涉及使用量子計(jì)算機(jī)來(lái)運(yùn)行許多簡(jiǎn)單的計(jì)算，而這些計(jì)算我們已經(jīng)知道了答案并確定了這些結(jié)果的準(zhǔn)確性?；诖耍芯咳藛T可以確定量子計(jì)算機(jī)與正確答案之間的統(tǒng)計(jì)界限，以解決我們希望它回答的困難問(wèn)題(稱為目標(biāo)計(jì)算)。

它與計(jì)算機(jī)程序員用于檢查大型計(jì)算機(jī)程序的過(guò)程類似，它通過(guò)放入具有已知答案的小功能來(lái)進(jìn)行。如果程序能夠正確回答這些問(wèn)題，那么他們可以確信整個(gè)程序是正確的。

達(dá)塔博士補(bǔ)充說(shuō)：“擁有量子計(jì)算機(jī)的全部目的是不花費(fèi)大量時(shí)間解決問(wèn)題，因此要花費(fèi)大量時(shí)間來(lái)檢查它是否正確，因此我們的方法是高效，因?yàn)樗恍枰罅康馁Y源。

“我們不需要經(jīng)典的計(jì)算機(jī)來(lái)檢查我們的量子計(jì)算機(jī)。我們的方法是獨(dú)立存在的，可以獨(dú)立于大型服務(wù)器使用的量子系統(tǒng)。”

主要作者薩繆爾·費(fèi)拉辛(Samuele Ferracin)一直在為量子計(jì)算機(jī)上的科學(xué)家開發(fā)方法，以將測(cè)試納入他們的工作中。他說(shuō)：“過(guò)去的幾年中，我們一直在思考檢查量子計(jì)算機(jī)答案的新方法，并將其提出給實(shí)驗(yàn)主義者。最初的方法結(jié)果對(duì)現(xiàn)有的量子計(jì)算機(jī)要求太高，而現(xiàn)有的量子計(jì)算機(jī)只能實(shí)現(xiàn)“小型”計(jì)算并執(zhí)行受限的任務(wù)。通過(guò)我們的最新工作，我們成功地開發(fā)了一種適合現(xiàn)有量子計(jì)算機(jī)并涵蓋其所有主要局限性的方法。我們現(xiàn)在正在與實(shí)驗(yàn)人員合作，以了解它在真實(shí)機(jī)器上的性能。”

量子計(jì)算利用了量子物理學(xué)的非同尋常的性質(zhì)，以與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)完全不同的方式來(lái)處理信息。利用諸如同時(shí)存在于多個(gè)不同狀態(tài)的量子系統(tǒng)的行為，這種根本的計(jì)算形式旨在同時(shí)處理所有這些狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，這使其具有比傳統(tǒng)計(jì)算更大的優(yōu)勢(shì)。某些類型的問(wèn)題(例如在密碼破解和化學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題)特別適合利用此屬性。

在過(guò)去的幾年中，實(shí)驗(yàn)取得了空前的進(jìn)步。最大的量子計(jì)算機(jī)每六個(gè)月翻一番，現(xiàn)在看來(lái)已經(jīng)非常接近實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)。量子至上是指量子計(jì)算機(jī)發(fā)展中的一個(gè)里程碑，其中量子計(jì)算機(jī)首先使用經(jīng)典計(jì)算機(jī)執(zhí)行需要不合理地花費(fèi)大量時(shí)間的功能。

達(dá)塔博士補(bǔ)充說(shuō)：“我們感興趣的是設(shè)計(jì)或確定使用這些量子機(jī)器解決物理和化學(xué)難題，設(shè)計(jì)新的化學(xué)和材料，或識(shí)別具有有趣或奇特特性的材料的方法。這就是為什么我們對(duì)計(jì)算的正確性特別感興趣。”