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資料圖（來自：IBM Q System）

通常情況下，科學(xué)家會(huì)嘗試測量噪聲并予以校正，但實(shí)際效果只能說好壞參半。然而芝加哥大學(xué)和普渡大學(xué)的科學(xué)家們，卻開發(fā)出了一項(xiàng)新技術(shù)。

據(jù)悉，他們沒有直接嘗試測量噪聲，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”，然后通過在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的一款程序來呈現(xiàn)。

研究配圖 - 1：單量子比特 / 模擬時(shí)間演化的頻率掃描圖

研究團(tuán)隊(duì)稱，新方法為其指明了減輕噪聲問題新方向，同時(shí)讓用戶能夠?qū)⒃肼曓D(zhuǎn)換為一種獨(dú)特的優(yōu)勢。

論文合著者、來自詹姆斯·弗蘭克研究所和芝加哥量子交易所的化學(xué)系教授 David Mazziotti 說到：“我們想要知道是否有辦法處理噪聲，而不是遏制它”。

研究配圖 - 2：不同頻率的變化率 / 響度與模擬時(shí)間的變化

SCI Tech Daily 指出：量子計(jì)算機(jī)基于粒子在原子層面遵循的一套非常奇怪的行為規(guī)律 —— 它們能夠同時(shí)處于兩種不同的狀態(tài)，或在空間中呈“糾纏”態(tài)。

科學(xué)家們希望在量子計(jì)算機(jī)上利用這些能力，以更好地理解自然世界的規(guī)則。因?yàn)楦鶕?jù)量子力學(xué)的定律，理論上我們有望借助量子計(jì)算機(jī)，更輕松地開展相關(guān)模擬。

研究配圖 - 3：不同設(shè)備 / 量子比特模擬時(shí)間的演化演示

過去十年，量子計(jì)算機(jī)技術(shù)已取得相對(duì)不錯(cuò)的早期進(jìn)展，但遺憾的是，其算力仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于科學(xué)家們的預(yù)期。

即使想要暴力堆砌更多的“量子比特”，也得面臨噪聲可能導(dǎo)致的不準(zhǔn)確性問題 —— 意味著我們難以開展較大的運(yùn)算任務(wù)。

研究配圖 - 4：一定頻率范圍內(nèi) / 相對(duì)于模擬時(shí)間的單量子比特狀態(tài)軌跡

研究合著者、普渡大學(xué)物理與化學(xué)教授 Saber Kais 表示，現(xiàn)在是時(shí)候采取新的方法了。此前科學(xué)家們?cè)噲D通過直接測量每個(gè)量子比特中的噪聲來了解其影響，但對(duì)這些離散的變化進(jìn)行分類是異常困難的。

此外研究小組認(rèn)為，這可能并非始終最有效的途徑。研究合著者、普渡大學(xué)博士后研究員 Zixuan Hu 補(bǔ)充道：“在物理學(xué)中，理解系統(tǒng)的整體行為，實(shí)際上比了解各個(gè)部分在做什么更容易”。

研究配圖 - 5：雙量子比特 - 本地系統(tǒng)的模擬時(shí)間演化 / 狀態(tài)轉(zhuǎn)換

舉個(gè)例子，我們很難模擬一杯水中的每個(gè)分子在做什么，但預(yù)測其整體行為則要容易得多。為此，科學(xué)家們沒有嘗試精確測量實(shí)際噪聲、而是試圖了解量子計(jì)算機(jī)所經(jīng)歷的整體噪聲。

他們選擇了一種顯示量子分子行為的特定計(jì)算，并將其在量子計(jì)算機(jī)上模擬運(yùn)行。然后從幾個(gè)不同的方向調(diào)節(jié)問題的設(shè)置，并跟蹤噪聲是如何給出響應(yīng)的。

研究配圖 - 6：在相關(guān)雙量子比特系統(tǒng)上的模擬時(shí)間演化演示

Mazziotti 表示：“通過將所有因素結(jié)合到一起，我們得以構(gòu)建正在運(yùn)行的模擬所感知的噪聲的獨(dú)特‘指紋’”。此外 Hu 解釋稱，只需對(duì)一個(gè)眾所周知的分子進(jìn)行計(jì)算，即有助于梳理出噪聲的具體影響。

Hu 說：“我們對(duì)量子計(jì)算機(jī)和噪聲知之甚少，但非常清楚這種分子在活躍時(shí)的行為。因此我們選用了不太了解的量子計(jì)算機(jī)來模擬我們熟悉的分子，并觀察其行為方式。通過熟悉這些模式，便可得出一些結(jié)論”。

（來自：Nature Communications）

研究一作、來自芝加哥大學(xué)的 Scott Smart 博士表示，這種操作更似“鳥瞰”量子計(jì)算機(jī)模擬的噪聲，且他們希望這些信息能夠幫助研究人員思考如何設(shè)計(jì)新的方法來控制噪聲、甚至提出獨(dú)特的噪聲利用方法。

舉個(gè)例子，如果嘗試模擬現(xiàn)實(shí)世界中的分子等量子系統(tǒng)，你將知曉它會(huì)遇到噪聲 —— 因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)世界中就存在著噪聲。而在以往的方法中，研究人員通常只靠硬堆算力來加入相關(guān)噪聲的模擬。

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