來(lái)自日本國(guó)立信息與通信技術(shù)研究所、慶應(yīng)大學(xué)、東京理科大學(xué)和東京大學(xué)的一組研究人員成功開(kāi)發(fā)了一種系統(tǒng)地尋找量子計(jì)算機(jī)最佳量子操作序列的方法。這種新方法是第一個(gè)取得成功的。

該研究發(fā)表在科學(xué)雜志《物理評(píng)論 A》上。

開(kāi)發(fā)新方法

量子計(jì)算機(jī)通過(guò)依賴(lài)專(zhuān)家編寫(xiě)一系列量子操作來(lái)執(zhí)行任務(wù)，傳統(tǒng)上這涉及計(jì)算機(jī)操作員根據(jù)現(xiàn)有方法編寫(xiě)自己的操作。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種系統(tǒng)方法，該方法應(yīng)用最優(yōu)控制理論（GRAPE 算法）從所有可能的量子操作序列中識(shí)別理論上的最優(yōu)序列。

新方法有望用于中型量子計(jì)算機(jī)。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)表示，它應(yīng)該有助于提高量子計(jì)算機(jī)的性能，同時(shí)還可以在不久的將來(lái)減少對(duì)環(huán)境的影響。

量子計(jì)算機(jī)具有解決廣泛復(fù)雜問(wèn)題的潛力，例如通過(guò)降低能源消耗來(lái)減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)，以及為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)新的化學(xué)物質(zhì)。

量子計(jì)算的挑戰(zhàn)

然而，量子計(jì)算的主要挑戰(zhàn)之一是量子態(tài)對(duì)噪聲高度敏感，這意味著很難長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定。這些操作必須在保持相干量子態(tài)的時(shí)間內(nèi)完成，這就需要一種系統(tǒng)地識(shí)別最優(yōu)序列的方法。

量子操作序列是用人類(lèi)可讀的語(yǔ)言編寫(xiě)的計(jì)算機(jī)程序，它被轉(zhuǎn)換為由量子計(jì)算機(jī)處理。量子運(yùn)算序列涉及 1-qubit 運(yùn)算和 2-qubit 運(yùn)算，但最佳序列在展示最佳性能的同時(shí)具有最少的運(yùn)算。

新開(kāi)發(fā)的方法通過(guò)使用 GRAPE 算法（一種數(shù)值最優(yōu)控制理論算法）分析所有可能的基本量子操作序列。該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一張量子操作序列表和每個(gè)序列的性能指標(biāo)，范圍從數(shù)千到數(shù)百萬(wàn)不等。然后可以基于累積的數(shù)據(jù)系統(tǒng)地識(shí)別最佳量子操作序列。

該團(tuán)隊(duì)的方法還可以分析所有量子操作序列的完整列表并評(píng)估常規(guī)方法，這使其能夠幫助建立過(guò)去和未來(lái)研究的基準(zhǔn)。

該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，有許多出色的量子操作優(yōu)化序列，這意味著概率方法可以將新方法的適用性擴(kuò)展到更大的任務(wù)。通過(guò)將機(jī)器學(xué)習(xí)與該方法相結(jié)合，可以進(jìn)一步增強(qiáng)預(yù)測(cè)能力。