世界播报:量子计算机在适当的错误控制下更擅长猜测

来源：cnBeta 　2023-06-09 13:38:38

(资料图片)

南加州大学的研究人员应用策略来控制错误的累积，展示了量子计算在容易出错的 NISQ 时代的前景。南加州大学维特比工程学教授兼南加州大学量子信息科学与技术中心主任 Daniel Lidar 和第一作者 IBM Quantum 研究科学家 Bibek Pokharel 博士在“位串”的背景下实现了一类量子加速优势 - 猜谜游戏。”

科学家们通过有效抑制位串猜谜游戏中的错误，管理长达 26 位的字符串，实现了量子加速。他们表明，通过适当的错误控制，即使在当前嘈杂的量子计算时代，量子计算机也能以比传统计算机更好的时间尺度执行完整算法。

通过有效地减少在这个级别经常遇到的错误，他们成功地管理了长达 26 位的位串，比以前可能的要大得多。（对于上下文，一位指的是二进制数，可以是零或一）。

量子计算机有望解决某些问题，其优势会随着问题复杂性的增加而增加。但是，它们也极易出错或产生噪音。 Lidar 表示，挑战在于“在当今量子计算机仍然‘嘈杂’的现实世界中获得优势。”

当前量子计算的这种容易产生噪声的条件被称为“NISQ”（噪声中级量子）时代，该术语改编自用于描述经典计算设备的 RISC 架构。因此，任何现有的量子速度优势证明都需要降噪。

一个问题的未知变量越多，计算机通常就越难解决。学者们可以通过玩一种游戏来评估计算机的性能，以了解算法猜测隐藏信息的速度有多快。例如，想象一下电视游戏 Jeopardy 的一个版本，参赛者轮流猜测一个已知长度的秘密单词，一次一个完整的单词。在随机更改秘密单词之前，主持人只为每个猜出的单词显示一个正确的字母。

在他们的研究中，研究人员用位串替换了单词。一台经典计算机平均需要大约 3300 万次猜测才能正确识别 26 位字符串。相比之下，一台功能完美的量子计算机，在量子叠加中提出猜测，只需一次猜测就可以确定正确答案。这种效率来自运行 25 多年前由计算机科学家 Ethan Bernstein 和 Umesh Vazirani 开发的量子算法。然而，噪声会显着阻碍这种指数量子优势。

激光雷达和 Pokharel 通过采用称为动态去耦的噪声抑制技术实现了量子加速。他们花了一年的时间进行实验，Pokharel 在 USC 的激光雷达下担任博士生。最初，应用动态解耦似乎会降低性能。然而，经过多次改进后，量子算法按预期运行。解决问题的时间比任何经典计算机都慢，随着问题变得越来越复杂，量子优势变得越来越明显。

激光雷达指出，“目前，经典计算机仍然可以绝对地更快地解决问题。” 换句话说，报告的优势是根据找到解决方案所需的时间尺度而不是绝对时间来衡量的。这意味着对于足够长的位串，量子解决方案最终会更快。

该研究最终表明，通过适当的错误控制，即使在 NISQ 时代，量子计算机也可以执行完整的算法，并且比传统计算机更能缩短寻找解决方案所需的时间。

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