量子計算機學會標記自己的工作

一項新的檢查量子計算機是否能夠給出對傳統(tǒng)計算范圍之外的問題的正確答案的測試可以幫助第一臺可以超越傳統(tǒng)計算機的量子計算機得以實現(xiàn)。

通過創(chuàng)建允許量子計算機檢查自己對難題的答案的協(xié)議，華威大學的科學家提供了一種手段，可以在不過度使用資源的情況下確認量子計算機能夠正常工作。

來自大學物理系的Samuele Ferracin，Theodoros Kapourniotis和Animesh Datta博士最近在今天發(fā)表的《新物理學雜志》的一篇論文中解決了這個問題。

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

當應用時，研究人員的測試產(chǎn)生兩個百分比：估計量子計算機與正確結(jié)果的接近程度，以及用戶對該接近程度的信心程度。

該測試將幫助量子計算機的制造商確定其機器是否在正常運行以幫助改善其性能，這是確定未來量子計算的實用性的關(guān)鍵一步。

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

確定量子計算機是否已經(jīng)為難題提出了正確的答案是一項重大挑戰(zhàn)，因為按照定義，這些問題超出了現(xiàn)有經(jīng)典計算機的范圍。檢查所產(chǎn)生的答案是否正確，通常涉及使用大量經(jīng)典計算機來解決問題，這在他們解決更具挑戰(zhàn)性的問題時是不可行的。

相反，研究人員提出了另一種方法，該方法涉及使用量子計算機來運行許多簡單的計算，而這些計算我們已經(jīng)知道了答案并確定了這些結(jié)果的準確性?；诖耍芯咳藛T可以確定量子計算機與正確答案之間的統(tǒng)計界限，以解決我們希望它回答的困難問題(稱為目標計算)。

它與計算機程序員用于檢查大型計算機程序的過程類似，它通過放入具有已知答案的小功能來進行。如果程序能夠正確回答這些問題，那么他們可以確信整個程序是正確的。

達塔博士補充說：“擁有量子計算機的全部目的是不花費大量時間解決問題，因此要花費大量時間來檢查它是否正確，因此我們的方法是高效，因為它不需要大量的資源。

“我們不需要經(jīng)典的計算機來檢查我們的量子計算機。我們的方法是獨立存在的，可以獨立于大型服務器使用的量子系統(tǒng)。”

主要作者薩繆爾·費拉辛(Samuele Ferracin)一直在為量子計算機上的科學家開發(fā)方法，以將測試納入他們的工作中。他說：“過去的幾年中，我們一直在思考檢查量子計算機答案的新方法，并將其提出給實驗主義者。最初的方法結(jié)果對現(xiàn)有的量子計算機要求太高，而現(xiàn)有的量子計算機只能實現(xiàn)“小型”計算并執(zhí)行受限的任務。通過我們的最新工作，我們成功地開發(fā)了一種適合現(xiàn)有量子計算機并涵蓋其所有主要局限性的方法。我們現(xiàn)在正在與實驗人員合作，以了解它在真實機器上的性能。”

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

在過去的幾年中，實驗取得了空前的進步。最大的量子計算機每六個月翻一番，現(xiàn)在看來已經(jīng)非常接近實現(xiàn)量子霸權(quán)。量子至上是指量子計算機發(fā)展中的一個里程碑，其中量子計算機首先使用經(jīng)典計算機執(zhí)行需要不合理地花費大量時間的功能。

達塔博士補充說：“我們感興趣的是設計或確定使用這些量子機器解決物理和化學難題，設計新的化學和材料，或識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計算的正確性特別感興趣。”