IBM在《自然》期刊發(fā)布論文，展現(xiàn)了量子運算的新突破。他們首次通過自家127量子位元的Eagle量子計算機成功解決了一個難倒傳統(tǒng)超級計算機的復(fù)雜問題。事實證明即使充滿噪聲的量子計算機也能產(chǎn)生比傳統(tǒng)計算機暴力破解算力更精準(zhǔn)的結(jié)果。雖然尚未達到“量子優(yōu)勢”（Quantum Advantage）的程度，但IBM自稱已實現(xiàn)所謂的“量子效用”（Quantum Utility），進而為量子計算機的實用性邁開了重要的一大步。
IBM通過量子運算成功解決了目前超級計算機逼近法（pproximation method）所無法處理的復(fù)雜問題，進而加速了不同學(xué)科科學(xué)家得以利用量子系統(tǒng)解決以往棘手之化學(xué)、材料科學(xué)、AI等領(lǐng)域難題的進程。
拜全新先進錯誤緩解技術(shù)之賜，IBM量子系統(tǒng)能解決傳統(tǒng)計算機難以解決的問題
IBM研究團隊首先將所搭配易出錯誤的量子位元運行在比深太空更低溫的環(huán)境下，然后再通過傳統(tǒng)超級計算機的模擬來檢驗結(jié)果。但要讓127量子位元的Eagle量子計算機發(fā)揮解決傳統(tǒng)超級計算機都碰壁之難題的價值，必須先解決兩個非常困難的問題。首先，他們必須從與生俱來就充滿噪聲且易出錯誤的量子計算機中獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。其次，由于當(dāng)前量子計算機從未運行過這么大的模型，那么要怎么知道結(jié)果是正確的？
針對噪聲問題，IBM通過錯誤緩解（error mitigation）技術(shù)加以解決。但基本上，想要糾正量子運算中的錯誤，目前為止仍不可行。傳統(tǒng)計算機受到宇宙粒子撞擊時，其“0”變成“1”的幾率是10的-27次方，雖然幾率接近零，但傳統(tǒng)計算機仍會通過循環(huán)冗余碼（Cyclical Redundancy Codes）對這些錯誤進行偵測與校正。同樣的情形發(fā)生在量子計算機上，其“0”變成“1”的幾率會增加100兆倍，達到10的-4次方，這迫使人們不得不投入大部分量子計算機算力來發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤。
為了解決前述提到的第一個難題，IBM采用零噪聲外推法（Zero Noise Extrapolation）將噪聲加大20%及60%，然后外推回?zé)o噪聲下的期望值，進而降低偏差。IBM表示他們之所以能夠做到這點，是因為他們已打造出空前規(guī)模與品質(zhì)的量子系統(tǒng)，并開發(fā)了能在這樣規(guī)模量子系統(tǒng)上操控噪聲的能力所致。
為了解決前述第二個難題，IBM延攬了加州大學(xué)伯克利分校的頂尖傳統(tǒng)計算方法專家助陣。該研究團隊同時在勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Lab）及普渡大學(xué)（Purdue University）的傳統(tǒng)超級計算機上執(zhí)行復(fù)雜問題。結(jié)果在處理較低等級的復(fù)雜性問題上，量子計算機的計算結(jié)果與傳統(tǒng)超級計算機通過暴力破解式模擬得出的精確答案相一致。但隨著模型難度的增加，傳統(tǒng)超級計算機開始顯露疲態(tài)，最終證明，該模型對于暴力破解法而言太過困難了。但IBM量子系統(tǒng)因拜全新先進錯誤緩解技術(shù)之賜，因而具備提供更準(zhǔn)確答案的能耐。
雖然目前該研究仍未達到所謂“量子優(yōu)勢”（也即量子霸權(quán)）的境界，也即量子系統(tǒng)能解決任何傳統(tǒng)計算都無法解決的難題。但IBM認為已進展到所謂的“量子效用”階段，隨著軟硬件技術(shù)的不斷突破，量子系統(tǒng)可用來驗證傳統(tǒng)計算結(jié)果，并解決傳統(tǒng)計算機難以解決的問題。
（首圖來源：IBM）
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