科学家在量子计算机上模拟噪声“指纹”

对于人类而言，背景噪音虽然会对生活造成一定的干扰，但通常情况下，噪音只是一种轻微的刺激物。然而，对于非常敏感的量子计算机来说，它可能是计算的丧钟。而且，由于量子计算机的“噪音”会随着计算机的任务越来越复杂而增加，因此，噪音很快就会成为一个主要的障碍。

研究人员一直在寻找解决噪声问题的方法。通常，他们会尝试测量噪声以进行校正，但效果好坏参半。近日，芝加哥大学（University of Chicago）和普渡大学（Purdue University）的一组科学家合作开发了一项新技术：他们没有直接尝试测量噪声，而是在量子计算机上构建了一个独特的噪声“指纹”，正如程序运行所看到的那样显示在电脑上面。

研究者表示，这种方法有望减轻噪音的影响，并提出了新方法，让用户实际上可以将噪音转化为优势。

量子计算机的基础是粒子在原子层面上的行为规律。在这个层面上，粒子遵循一套非常奇怪的规则。它们可以同时处于两种不同的状态，或者在空间中“纠缠”在一起。科学家们希望利用这些能力作为计算机的基础。

特别是，许多科学家希望使用量子计算机来更好地理解自然世界的规则，因为分子根据量子力学定律运行——理论上这应该更容易使用量子计算机进行模拟。

但是，尽管过去十年，量子计算技术取得了重大进展，但计算能力仍落后于科学家的希望。许多人认为增加计算机比特的数量——量子计算机的“量子比特”，将有助于缓解噪声问题，但由于噪声限制了准确性，科学家们仍然无法大量执行他们想要的计算。

研究人员认为，现在是使用这项新技术的时候了。

研究人员挑选了一个显示量子行为分子的特定计算，并在量子计算机上将其作为一个模拟运行。然后他们在几个不同的方向上调整了问题的设置，并跟踪了噪音的反应。研究者表示，通过把这一切放在一起，团队建立了一个由他们正在运行的模拟所感知的噪音“指纹”。运行一个已经众所周知的分子计算有助于找出噪声的具体影响。

研究人员认为，这种操作让人对量子计算机模拟的噪声有了更多的“全局视角”。研究人员希望这些信息能够帮助科学家思考如何设计新的方法来纠正噪音。

题为Relaxation of stationary states on a quantum computer yields a unique spectroscopic fingerprint of the computer’s noise的相关研究论文发表在《通讯-物理学》（Communications Physics）上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文：

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