量子计算机可靠性重大突破,IBM称已经达到实用的时代

当今最强大的超级计算机可模拟复杂天气模式和恒星诞生,目前量子计算机仍处于理论实践和可操作原型发展阶段,但投注大量资源研发量子运算技术的IBM声称取得了重大突破,并在科学期刊《自然》分享研究报告。

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IBM在Twitter上表示,与加州伯克利大学(UC Berkeley)合作,IBM量子计算机可以产生超出当今领先经典方法所能达到的准确结果。 根据 IBM 的 Jay Gambetta 的说法,“我们已经达到实用的时代”。

量子计算机是研究热门话题,但还没在计算时发挥作用。量子计算利用量子纠缠(entanglement)、叠加(superposition)等不可思议的量子特性来加速运算。例如,量子位可以不像传统计算机位只能为0或1,而是同时为0和1,即两个状态同时存在。

量子计算机运算速度非常快,但问题是无法产生一致结果,也产生很多错误答案。Google 在 2019 年宣称拥有量子霸权,称数字计算机必须进行数千年运算才能完成,但后续分析显示,如果再多点时间,传统电脑也能做同样效果。

也因此,IBM主张不是速度,而是可靠性。换言之,若让量子计算机发挥作用,必须每次都给相同答案,而IBM错误缓解技术迈出一大步。

IBM研发团队使用127量子位元的量子计算机,创建了模拟127个原子条形磁铁,这个系统称为“易辛模型”(Ising model),常用来研究磁性。在这状况下,磁体受到量子因素影响,因此无法在经典计算机上进行准确模拟。

因此,研究人员利用量子干扰来推动结果,使其离解决方案更远,再透过在运算中引入噪声,使团队了解模拟中噪声的影响,并逆向运算来达到理想、低噪声的结果。

IBM团队运行60万次量子易辛模拟,找到正确配置,但验证答案是另一个问题。由于易辛模型相当复杂,数字模拟只能预估一些参数。如果将量子结果与经典估计相比,部分配置于量子系统能显示更高准确性; 其他情况下,数值会出现分歧,但没有既定解决方案。

这些情况下,无法确定量子解决方案是否是正确的方式,但 IBM 团队猜想它们正确。

磁体建模只是测试量子误差缓解的方式之一,想法是让量子计算机解决一般问题,虽然可能还要数年时间才能实现目标,但IBM会持续探索。

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