量子模拟的模数方法可以为下一代超级计算机最终超越其经典前辈奠定基础。

谷歌的量子研究人员创造了一种结合模拟和数字方法的量子模拟新方法，证明了一种测试未来超级计算机的新方法。

该团队使用由69个超导量子比特组成的量子模拟器来测试他们的方法。他们的研究于周三发表在《自然》杂志上，揭示了该系统与纯模拟和数字设备相比的优势，并暗示了混合方法可能带来的物理学新发现。

谷歌量子人工智能的研究科学家、该研究的主要作者特隆·安德森（Trond Andersen）在新闻发布会上表示：“我们对此感到非常兴奋，因为我们认为这可能是一条通往当今量子计算机发现和应用的伟大道路。”。“即使是世界上最快的经典计算机也无法实现的发现和应用类型。”

量子计算机的量子位的功能与经典计算机中的普通计算机位类似，但它们必须保持在非常微妙的条件下 —— 通常是过冷的设置 —— 以保持量子状态。如果系统中有太多的噪声，量子运算就会崩溃。物理学家希望今天的系统和测试为容错量子计算机铺平道路，这种计算机更强大，因此可以比现有系统进行更长的量子操作。

在数字模拟中，量子动力学是通过一次耦合两个量子位来创建的 —— 这是一种构建量子系统的灵活方式，允许研究人员逐步构建各种系统。模拟模拟的工作方式不同，它连续测量所有量子位之间的动态，这是具有量子特性的粒子之间快速发展的动态的更现实的表现。

安德森说：“当所有这些耦合同时活跃时，量子计算的主要资源 —— 纠缠 —— 被允许以更快的方式增长。”“我们真正想要的是这两者。”

在实践中，该团队使用数字门制备量子态，使其在系统初始状态中具有灵活性。然后，该团队将模拟转换为模拟，允许系统在系统被噪声克服之前快速进化到有趣的量子态。然后，该团队将模拟还原为数字，使他们能够比快速发展的模拟状态更全面地研究状态。

研究人员通过他们的模拟数字方法发现，量子模拟 —— 以及经典计算机的模拟 —— 与预测背道而驰。具体来说，研究小组发现了他们的模拟与Kibble-Zurek机制之间的差异。Kibble-Zurek机制最初是用来描述早期宇宙中的场是如何打破对称性的。该机制预测了系统中以有限速率上升的动力学和缺陷。

安德森说：“我们的模拟结果与这一预测完全不符，这让我们一开始有点担心。”“通过进行更多的实验，我们能够证明这不是一个错误，这只是新的物理学。”

量子研究的圣杯是开发一种能够解决经典计算机根本无法解决的问题的量子计算机。为了测试这样的计算机会是什么样子，科学家们需要探测量子系统，探索它们所占据的有趣状态，同时不允许系统中积累太多的噪音。

该团队的实验是在该公司的Sycamore量子处理器上进行的，该处理器于去年年底被Willow处理器取代。接下来，该团队计划在Willow上进行同样的模拟，结果可能会很有趣。谷歌在2019年宣布了量子霸权，当时Sycamore只用了200秒就解决了一个经典超级计算机需要大约1万年才能解决的问题，但Willow在量子大战中表现出色，经典测试将花费最快的经典超级计算机10亿年的时间。

虽然最近的团队成功地在经典状态下复制了他们的量子模拟，但他们也证明了量子系统在上述随机电路采样（RCS）测试中的性能超越了经典设备的容量。在Willow上进行模拟-数字测试的阶段已经确定，这可能表明模拟设置在日益复杂的任务中的可行性。

总而言之：量子技术正在以指数级的速度向前发展，虽然很难说量子技术将把我们带向何方，但我们可能会在宇宙热寂之前到达那里。

谷歌正在接近该公司迈向纠错量子计算机的六步量子路线图的第三个里程碑。这个目标可能还需要几十年的时间，尽管该团队的首席科学家认为，这项技术的商业应用可能在五年内实现。

别抱太大希望 —— 这也是我们给核聚变乐观主义者的建议 —— 但研究人员在有用的量子计算机上取得了进展。

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