可产生精确结果！IBM宣布：量子计算正式步入实用阶段！

发布时间：2023-06-16 09:08:20 所属栏目：动态来源：

导读：IBM宣布了一项新的突破，首次证明了量子计算机可以在100多个量子位的规模上产生精确的结果，超越了领先的经典方法。目前该突破发表在科学杂志《自然》的封面上。

IBM表示，量子计算的最终目标之一是模拟经典计算机

IBM宣布了一项新的突破，首次证明了量子计算机可以在100多个量子位的规模上产生精确的结果，超越了领先的经典方法。目前该突破发表在科学杂志《自然》的封面上。

IBM表示，量子计算的最终目标之一是模拟经典计算机从未有效模拟过的材料成分。能够对这些进行建模是朝着解决诸如设计更高效的肥料、制造更好的电池和开发新药等挑战的能力迈出的关键一步。但今天的量子系统本质上是有噪声的，它们会产生大量的误差，阻碍性能。这主要是由于量子位或者比特位的脆弱性和它们在周围环境中的扰动。

为了验证该模型的准确性，数周以来，IBM Quantum和加州大学伯克利分校的研究人员轮流进行越来越复杂的物理模拟。IBM Quantum的科学家Youngseok Kim和Andrew Eddins将在127量子位的IBM Quantum Eagle处理器上测试它们。加州大学伯克利分校的Sajant Anand将在劳伦斯伯克利国家实验室的国家能源研究科学计算中心 (NERSC)和普渡大学的超级计算机上使用最先进的经典近似方法进行同样的计算。他们会对照精确的暴力经点计算来检查每种方法。

最终，IBM Quantum Eagle处理器每次都给出了准确的答案。随着模拟变得越来越复杂，观察这两种计算方式的表现，两个团队都感到有信心，即使在超出“暴力”方法能力的情况下，量子计算机仍然比经典近似方法更准确地返回答案。

Eddins说：“高精度的量子计算和高性能的经典计算在如此大的问题上的一致程度已经足以让我个人实实在在地感到非常惊讶。希望他能给每个人留下深刻印象。”

IBM表示，研究人员正在合作测试当今嘈杂、易出错的量子计算机是否有助于计算某些类型问题的准确结果。今天，他们在《自然》杂志的封面上发表了这项研究的结果。IBM Quantum和加州大学伯克利分校已经提供了证据，证明有噪声的量子计算机将能够比预期更快地提供价值，这一切都要归功于IBM Quantum硬件的进步和新的错误缓解方法的开发。

不过，需要注意的是，这并不是说今天的量子计算机超过了经典计算机的能力——其他经典方法和专业计算机也可能很快就会为我们测试的计算找回正确答案。但这不是重点。量子运行复杂电路和经典计算机验证量子结果的持续来回，将改善经典计算和量子计算，同时为用户提供对近期量子计算机能力的信心。

IBM高级副总裁兼研究总监Darío Gil表示：“这是我们第一次看到量子计算机在领先的经典方法之外，对自然界中的物理系统进行精确建模。对我们来说，这一里程碑是证明当今量子计算机有能力、有科学工具可以用来模拟经典系统极其困难——甚至不可能——的问题的重要一步，标志着我们现在正进入量子计算机使用的新时代。”

基于脉冲拉伸技术使该团队在2019年用四个量子位显著提高了LiH模拟的准确性。但问题仍然存在：这些方法可以扩展到什么程度？

IBM在将这些减少误差的模拟扩展到26个量子位后发现，这些方法可以产生比从经典计算机中有效获得的近似更接近理想答案的结果。这基本上为IBM当前的工作指定了蓝图。如果可以对硬件的规模和质量有所改进,并发展更好的噪声控制手段,那么也许可以为实际应用提供一种对预期的准确估计,为提高硬件性能提供一种有针对性的方法。

这一突破成为了IBM Quantum团队在2022年发表在arXiv上的论文：《Probabilistic Error Cancellation,6 or PEC》。IBM意识到，根据其对机器的了解，可以假设一个基本的噪声模型。然后，可以学习某些参数来创建具有代表性的噪声模型。而且，当多次重复相同的量子计算时，可以研究插入新的门来消除噪声或放大噪声的效果。这个模型与量子计算机的大小相当——对大型处理器的噪声建模不再是一项艰巨的任务。

IBM Quantum的量子能力和演示经理Abhinav Kandala说：“关键是能够操纵脉冲拉伸之外的噪音。一旦这意味着开始更多地奏效，我们就可以进行更复杂的进一步推断，以我们可以用的以前无法做到的方式实时地抑制噪音中的不可接受的偏见。”

这种噪音放大是难题的最后一块，是使用具有代表性的噪声模型，可以更准确地操纵和放大噪声。然后，可以使用一种称为零噪声外推（ZNE）的方法，应用经典的后处理来外推到没有噪声的情况下的计算结果。

IBM表示，我们知道错误缓解需要高性能的硬件，必须在规模、质量和速度上不断前进。有了127量子位IBM Quantum Eagle处理器，我们终于有了能够运行足够大的电路来应变经典方法的系统，具有比以往更好的相干时间和更低的错误率。于是就不失时机地开始通过设计的错误以及缓解的方法来一步步地测试其最先进的人工智能量子处理器了。

（编辑：汽车网）

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