科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

《自然》9日發(fā)表的最新論文中，美國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)探索了量子回路的復(fù)雜性。他們新展示的一個(gè)量子處理器，已經(jīng)能夠執(zhí)行現(xiàn)有超級(jí)計(jì)算機(jī)無法完成的計(jì)算任務(wù)。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)屬于一個(gè)大規(guī)模深入研究的一部分，旨在調(diào)查量子處理器在背景噪聲干擾下進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算的潛在能力，這些干擾一直是量子處理器展現(xiàn)能力時(shí)面臨的重大挑戰(zhàn)。

量子處理器是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。而當(dāng)某個(gè)裝置處理和計(jì)算的是量子信息、運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就被稱為量子計(jì)算機(jī)。量子處理器是量子計(jì)算機(jī)中的核心部件，量子計(jì)算機(jī)依靠它進(jìn)行高速運(yùn)算、處理量子信息。

但量子處理器有一個(gè)特點(diǎn)，就是對(duì)噪聲（溫度、磁場(chǎng)甚至宇宙輻射等環(huán)境干擾）非常敏感。這些噪聲會(huì)嚴(yán)重干擾其在復(fù)雜任務(wù)中的表現(xiàn)，而這些任務(wù)正是經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)無法完成、需要量子計(jì)算機(jī)“大展身手”的舞臺(tái)。較長(zhǎng)時(shí)間以來，科學(xué)家一直很難準(zhǔn)確探測(cè)噪聲究竟會(huì)如何影響量子線路的性能。

此次，美國(guó)谷歌研究院科學(xué)家研究了量子處理器進(jìn)入復(fù)雜計(jì)算輸出領(lǐng)域的路徑。他們使用了一種被稱為隨機(jī)線路取樣的方法，來測(cè)試超導(dǎo)量子比特（量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)單元）2D網(wǎng)格的保真度。隨機(jī)線路取樣是評(píng)估量子計(jì)算機(jī)與經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)表現(xiàn)的基準(zhǔn)。

這些實(shí)驗(yàn)展示了兩個(gè)階段之間的轉(zhuǎn)變：在第二個(gè)階段即所謂“低噪聲階段”中，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)了量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算復(fù)雜性，足以超越經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)。此外，他們還用67量子比特的“懸鈴木”（Sycamore）芯片展示了超越經(jīng)典的性能，這一實(shí)驗(yàn)和理論工作證實(shí)了存在一種穩(wěn)定的、計(jì)算上復(fù)雜的相態(tài)，這種相態(tài)可以利用當(dāng)前的量子處理器達(dá)到。

研究團(tuán)隊(duì)表示，這一發(fā)現(xiàn)增進(jìn)了人們對(duì)量子計(jì)算能力的理解。

總編輯圈點(diǎn)

噪聲可說是“量子處理器之危”。因?yàn)榱孔犹幚砥鲗?duì)噪聲非常敏感，量子的微妙特性，使得即使最輕微的干擾，比如熱量產(chǎn)生的雜散光子、周圍電子設(shè)備的隨機(jī)信號(hào)、物理振動(dòng)，都能迅速摧毀量子疊加態(tài)，嚴(yán)重影響量子計(jì)算機(jī)的準(zhǔn)確性。所以說，人們?cè)跇?gòu)建實(shí)用量子計(jì)算機(jī)方面能否有所進(jìn)展，歸根結(jié)底要看一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：能否“馴服”噪聲。現(xiàn)在，在一個(gè)低噪聲階段，量子計(jì)算機(jī)被認(rèn)為超越了經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)。這一突破，或是量子計(jì)算未來在藥物發(fā)現(xiàn)、密碼學(xué)、金融等諸多領(lǐng)域產(chǎn)生變革的開端。