科学家找到了判断量子计算机是否出错的方法

在研发首台可靠的大规模商用量子计算机的竞争日益激烈之际，一个关键问题愈发不容忽视：如果这些设备能解决传统计算机无法完成的问题，人们该如何确认其结果的正确性？斯威本科技大学近期的一项研究正致力于解决这一难题。

为何量子计算结果难以验证？该研究的主要作者、斯威本量子科学与技术理论中心的博士后研究员亚历山大·德利奥斯表示：“存在一类问题，即便是世界上最快的超级计算机也无法解决，除非愿意等待数百万甚至数十亿年才能得到答案。”因此，为了验证量子计算机，我们需要无需等待超级计算机花费数年时间执行相同任务就能比较理论与结果的方法。

研究团队开发了新的技术，用于确认一种名为高斯玻色采样器（GBS）的特定量子设备是否能产生准确结果。GBS设备依靠光子（光的基本粒子）进行概率计算，而这类计算即便是最快的传统超级计算机也需要数千年才能完成。

新工具可揭示先进量子实验中的隐藏错误。德利奥斯指出：“我们开发的方法只需在笔记本电脑上运行几分钟，就能判断GBS实验是否输出了正确答案，以及是否存在错误（如果有的话）。”为了证明这种方法的有效性，研究人员将其应用于一项近期发表的GBS实验——该实验若用当前超级计算机复现至少需要9000年。分析结果显示，实验产生的概率分布与预期目标不符，并且还发现了此前未被评估过的额外噪声。

下一步是确定：复现这种意外分布本身是否在计算上存在难度，或者观测到的错误是否导致设备失去了“量子特性”。

迈向可靠的商用量子计算机。这项研究的结果可能会影响适用于商用的大规模无错误量子计算机的研发——德利奥斯希望能引领这一目标的实现。他表示：“研发大规模、无错误的量子计算机是一项艰巨的任务，一旦成功，将彻底改变药物研发、人工智能、网络安全等领域，并让我们能更深入地理解物理宇宙。而这项任务的关键组成部分是可扩展的量子计算机验证方法，它能帮助我们了解哪些错误在影响这些系统、如何纠正错误，确保它们保留‘量子特性’。”