量子计算机开始变得更加有用

本周，IBM 研究人员在《自然》杂志上发表了一项研究成果，展示了他们如何使用 100 多个量子比特的量子计算机与传统超级计算机一较高下。他们让这两台计算机在模拟物理任务上相互较量。

IBM 在一份新闻稿中表示：“量子计算的最终目标之一是模拟传统计算机从未有效模拟过的材料成分。能够对这些成分进行建模是应对设计更高效肥料、制造更好的电池和创造新药等挑战的关键一步。”

量子计算机可以将信息表示为零、一或同时表示为一和零，据推测，它在解决某些问题（如优化、搜索未分类的数据库和模拟自然）方面比传统计算机更有效。但制造一台有用的量子计算机一直很困难，部分原因是量子比特（比特的量子等价物，传统计算中的 1 和 0）的性质非常微妙。这些量子比特对噪声或周围环境的干扰非常敏感，这会导致计算错误。随着量子处理器变得越来越大，这些小错误可能会累积起来。

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解决误差的一个方法是构建容错量子计算机。另一个方法是设法处理误差，例如减轻、纠正或消除误差。

在本周公布的实验中，IBM 研究人员使用 127 量子比特 Eagle 量子处理器模拟材料的自旋动力学，以预测其对磁场的反应等特性。在这个模拟中，他们能够生成大型纠缠态，其中某些模拟原子相互关联。通过使用一种称为零噪声外推的技术，该团队能够分离噪声并阐明真实答案。为了确认他们从量子计算机获得的答案是可靠的，加州大学伯克利分校的另一个科学家团队在一组经典计算机上进行了同样的模拟——两者的结果相匹配。

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然而，传统计算机在处理这类问题时有上限，尤其是当模型变得更加复杂时。尽管 IBM 的量子处理器距离量子霸权（在同一任务上可以可靠地胜过传统计算机）还有一段距离，但证明它即使在有噪音的情况下也能提供有用的答案是一项了不起的成就。

IBM 高级副总裁兼研究总监达里奥·吉尔 (Darío Gil) 在新闻稿中表示：“这是我们首次看到量子计算机能够精确地模拟自然界的物理系统，超越了领先的传统方法。对我们来说，这一里程碑是重要的一步，证明了当今的量子计算机是一种功能强大的科学工具，可用于模拟传统系统极其困难甚至不可能解决的问题，这表明我们现在正在进入量子计算实用性的新时代。”