科學(xué)家在量子計(jì)算機(jī)上模擬噪聲“指紋”

對(duì)于人類(lèi)而言，背景噪音雖然會(huì)對(duì)生活造成一定的干擾，但通常情況下，噪音只是一種輕微的刺激物。然而，對(duì)于非常敏感的量子計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，它可能是計(jì)算的喪鐘。而且，由于量子計(jì)算機(jī)的“噪音”會(huì)隨著計(jì)算機(jī)的任務(wù)越來(lái)越復(fù)雜而增加，因此，噪音很快就會(huì)成為一個(gè)主要的障礙。

研究人員一直在尋找解決噪聲問(wèn)題的方法。通常，他們會(huì)嘗試測(cè)量噪聲以進(jìn)行校正，但效果好壞參半。近日，芝加哥大學(xué)（University of Chicago）和普渡大學(xué)（Purdue University）的一組科學(xué)家合作開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)新技術(shù)：他們沒(méi)有直接嘗試測(cè)量噪聲，而是在量子計(jì)算機(jī)上構(gòu)建了一個(gè)獨(dú)特的噪聲“指紋”，正如程序運(yùn)行所看到的那樣顯示在電腦上面。

研究者表示，這種方法有望減輕噪音的影響，并提出了新方法，讓用戶實(shí)際上可以將噪音轉(zhuǎn)化為優(yōu)勢(shì)。

量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)是粒子在原子層面上的行為規(guī)律。在這個(gè)層面上，粒子遵循一套非常奇怪的規(guī)則。它們可以同時(shí)處于兩種不同的狀態(tài)，或者在空間中“糾纏”在一起?？茖W(xué)家們希望利用這些能力作為計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。

特別是，許多科學(xué)家希望使用量子計(jì)算機(jī)來(lái)更好地理解自然世界的規(guī)則，因?yàn)榉肿痈鶕?jù)量子力學(xué)定律運(yùn)行——理論上這應(yīng)該更容易使用量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬。

但是，盡管過(guò)去十年，量子計(jì)算技術(shù)取得了重大進(jìn)展，但計(jì)算能力仍落后于科學(xué)家的希望。許多人認(rèn)為增加計(jì)算機(jī)比特的數(shù)量——量子計(jì)算機(jī)的“量子比特”，將有助于緩解噪聲問(wèn)題，但由于噪聲限制了準(zhǔn)確性，科學(xué)家們?nèi)匀粺o(wú)法大量執(zhí)行他們想要的計(jì)算。

研究人員認(rèn)為，現(xiàn)在是使用這項(xiàng)新技術(shù)的時(shí)候了。

研究人員挑選了一個(gè)顯示量子行為分子的特定計(jì)算，并在量子計(jì)算機(jī)上將其作為一個(gè)模擬運(yùn)行。然后他們?cè)趲讉€(gè)不同的方向上調(diào)整了問(wèn)題的設(shè)置，并跟蹤了噪音的反應(yīng)。研究者表示，通過(guò)把這一切放在一起，團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)由他們正在運(yùn)行的模擬所感知的噪音“指紋”。運(yùn)行一個(gè)已經(jīng)眾所周知的分子計(jì)算有助于找出噪聲的具體影響。

研究人員認(rèn)為，這種操作讓人對(duì)量子計(jì)算機(jī)模擬的噪聲有了更多的“全局視角”。研究人員希望這些信息能夠幫助科學(xué)家思考如何設(shè)計(jì)新的方法來(lái)糾正噪音。

題為Relaxation of stationary states on a quantum computer yields a unique spectroscopic fingerprint of the computer’s noise的相關(guān)研究論文發(fā)表在《通訊-物理學(xué)》（Communications Physics）上。

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論文原文：

https://www.nature.com/articles/s42005-022-00803-8

標(biāo)簽： 量子計(jì)算機(jī) 噪聲