量子计算机学会检查自己的答案

量子计算机可以潜在地解决经典计算机无法解决的问题，但其答案可能并不可靠。华威大学的科学家已经开发出了一种协议，用于量子计算机来测量其答案与正确答案的接近程度。使用经典方法检查这些答案是否正确极其耗费资源可用于确认量子计算机是否优于传统计算机，即所谓的量子至上性

一项新的检查量子计算机是否能够对传统计算范围以外的问题给出正确答案的测试可以帮助第一台性能优于传统计算
机的量子计算机得以实现。为解决难题，华威大学的科学家提供了一种方法，可以确认量子计算机在不过度使用资源的情况下正常工作。

大学物理系的Samuele Ferracin，Theodoros Kapourniotis和Animesh Datta博士最近在2019年11月18日发表的论文新物理学上解决了这个问题。

研究人员已经开发出一种协议，可以量化噪声对量子计算机输出的影响。噪声被定义为影响量子机硬件但不受用户控制的任何事物，例如温度波动或制造缺陷。这可能会影响量子计算机结果的准确性。

应用后，研究人员的测试将产生两个百分比：估计量子计算机与正确结果的接近程度，以及用户对该接近程度的信心程度。

该测试将帮助量子计算机的制造商确定其机器是否在正确运行以帮助改善其性能，这是确定未来量子计算的实用性的关键一步。

华威大学物理系的Animesh Datta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，我认为不那么受欢迎，是它正确地解决了难题。如果解决不正确，我们将无法找出答案。因此，我们的论文提供了一种确定计算结果与正确程度的接近程度的方法。

确定量子计算机是否已经为难题提出了正确的答案是一项重大挑战，因为按照定义，这些问题已经超出了现有经典计算机的范围。检查所产生的答案是否正确，通常涉及使用大量经典计算机来解决问题，这在他们解决更具挑战性的问题时是不可行的。

相反，研究人员提出了另一种方法，该方法涉及使用量子计算机来运行许多简单的计算，而这些计算我们已经知道了答案并确定了这些结果的准确性。基于此，研究人员可以确定量子计算机与正确答案之间的统计界限，以解决我们希望它回答的困难问题（称为目标计算）。

它与计算机程序员用于检查大型计算机程序的过程类似，它通过放入具有已知答案的小函数来进行检查。如果程序正确地回答了这些问题，那么他们可以确信整个程序是正确的。

达塔博士补充说：“拥有量子计算机的全部目的是不要花费大量的时间来解决问题，因此要花费大量的时间来检查它是否正确，这就是问题所在。因此，我们的方法之所以有效，是因为它不需要大量的资源。

“我们不需要经典计算机来检查我们的量子计算机。我们的方法完全独立于量子系统，可以独立于大型服务器使用。”

主要作者Samuele Ferracin一直在为量子计算机上的科学家开发方法，以将测试整合到他们的工作中。他说：“过去几年来，我们一直在思考检查量子计算机答案并将其提出给实验学家的新方法。事实证明，第一种方法对现有的量子计算机要求太高，现有的量子计算机只能实现“小型”计算并执行受限的任务。通过我们的最新工作，我们成功地开发了一种适合现有量子计算机并涵盖其所有主要局限性的方法。我们现在正在与实验人员合作，以了解它在真实机器上的性能。

量子计算利用了量子物理学的非凡特性，以与传统计算机完全不同的方式处理信息。利用诸如同时存在于多个不同状态的量子系统的行为，这种根本的计算形式旨在同时处理所有这些状态下的数据，这使其具有比传统计算更大的优势。某些类型的问题（例如在密码破解和化学过程中发现的问题）特别适合利用此属性。

在过去的几年中，实验取得了空前的进步。最大的量子计算机每六个月翻一番，现在看来已经非常接近实现量子霸权。量子至上是指量子计算机发展中的一个里程碑，在这种情况下，量子计算机首先使用经典计算机执行需要不合理地花费大量时间的功能。

达塔博士补充说：“我们感兴趣的是设计或确定使用这些量子机器解决物理和化学难题，设计新的化学和材料，或识别具有有趣或奇特特性的材料的方法。这就是为什么我们对计算的正确性特别感兴趣。”

参考：Samuele Ferracin，Theodoros Kapourniotis和Animesh Datta认证嘈杂的中级量子计算设备的输出，2019年11月18日，新物理学杂志。DOI：10.1088
/ 1367-2630 / ab4fd6

该研究得到了英国工程技术与物理科学研究委员会的支持，该委员会是英国研究与创新的一部分。