量子计算机有可能回答经典计算能力之外的问题——但它们的答案可能不可靠

 

华威大学(University of Warwick)的科学家们开发了一种用于量子计算机的协议，可以测量它们的答案与正确答案的距离关于天赋平台

 

使用经典方法检查这些答案是否正确是极其耗费资源的

 

可以用来确认量子计算机是否优于经典计算机，即所谓的量子优势

 

一项检查量子计算机是否对超出传统计算范围的问题给出正确答案的新测试可能有助于实现第一台能够超越经典计算机的量子计算机。

 

华威大学的科学家们通过创建一种协议，允许量子计算机检查自己对难题的答案，从而提供了一种确认量子计算机在不过度使用资源的情况下正常工作的方法。

该校物理系的Samuele Ferracin、Theodoros Kapourniotis和Animesh Datta博士最近在2019年11月18日发表在《新物理杂志》上的一篇论文中解决了这个问题。

 

研究人员开发了一种协议来量化噪声对量子计算机输出的影响。噪音被定义为影响量子计算机硬件但用户无法控制的任何东西，比如温度波动或制造过程中的缺陷。这可能会影响量子计算机结果的准确性。

 

当应用时，研究人员的测试产生两个百分比:它估计量子计算机与正确结果的接近程度，以及用户对这种接近程度的自信程度。关于天赋平台

 

该测试将帮助量子计算机的建造者确定他们的机器是否运行正常，从而帮助改进其性能，这是在未来确立量子计算有用性的关键一步。

 

华威大学物理系的阿尼梅什·达塔博士说:“量子计算机只有在做两件事时才有用:第一，它解决了一个难题;第二点是，它正确地解决了棘手的问题，我认为这一点没那么受重视。如果解错了，我们就没有办法知道了。因此，我们的论文提供了一种方法来决定计算结果与正确的距离有多近。”

 

确定量子计算机是否对一个难题给出了正确答案是一项重大挑战，因为根据定义，这些问题超出了现有经典计算机的范围。检查它产生的答案是否正确通常需要使用大量的经典计算机来解决这个问题，这是不可行的，因为它们解决的问题越来越具有挑战性。

 

相反，研究人员提出了一种替代方法，即使用量子计算机进行一些我们已经知道答案的简单计算，并确定这些结果的准确性。在此基础上，研究人员可以为量子计算机在我们希望它回答的困难问题上的正确答案设定一个统计边界，这个问题被称为目标计算。

 

这是一个类似计算机程序员用来检查大型计算机程序的过程，通过输入已知答案的小函数。如果程序正确地回答了足够多的问题，那么他们就可以确信整个程序是正确的。

 

达塔博士补充道:“拥有量子计算机的全部意义在于，它不会花费指数级的时间来解决问题，因此，用指数级的时间来检验它是否正确，就会破坏它的意义。所以我们的方法是有效的因为它不需要指数级的资源。

 

“我们不需要一台经典计算机来检查我们的量子计算机。我们的方法包含在一个量子系统中，可以独立于大型服务器使用。”

 

首席作者Samuele Ferracin一直在为从事量子计算机研究的科学家们开发将该测试纳入他们工作的方法。他说:“过去几年，我们一直在思考检验量子计算机答案的新方法，并向实验人员提出了这些方法。第一种方法对现有的量子计算机来说要求太高了，因为量子计算机只能实现“小型”计算并执行有限的任务。通过我们最近的工作，我们成功地开发了一种方法，适合现有的量子计算机，并涵盖了它们所有的主要限制。我们正在与实验人员合作，以了解它在真实机器上的表现。”