量子计算机刚刚击败经典计算机——实现指数级无条件加速
一项研究团队实现了量子计算的终极目标：无条件的指数级加速。通过巧妙的错误纠正和某机构强大的127量子位处理器，他们解决了西蒙问题的一个变体，表明量子机器正在真正突破经典计算的限制。
突破性进展
量子计算机具有加速计算、帮助设计新药物、破解密码和发现奇异新材料的潜力——但这只有在它们真正功能完善时才能实现。
一个关键的障碍是：噪声，即在量子机器上进行计算时产生的错误——这实际上使它们比经典计算机更不强大，直到最近。
Daniel Lidar，某大学工程学院教授，一直在迭代量子错误纠正技术。在一项与某大学和某机构合作者的新研究中，通过使用两台127量子位的某机构量子处理器（通过云端访问），成功演示了量子指数级扩展优势。该论文发表在物理评论X上。
"以前有过更适度类型加速的演示，比如多项式加速，"Lidar说，"但指数级加速是我们期望从量子计算机中看到的最戏剧性的加速类型。"
Lidar表示，量子计算的关键里程碑一直是证明我们可以执行整个算法，相对于普通的"经典"计算机具有扩展加速。
他澄清说，扩展加速并不意味着你可以把事情做得快100倍。"相反，它意味着当你通过包含更多变量来增加问题规模时，量子和经典性能之间的差距会不断增长。而指数级加速意味着对于每个额外变量，性能差距大约翻倍。此外，我们演示的加速是无条件的。"
无条件加速的意义
Lidar解释说，使加速"无条件"的是它不依赖于任何未经证实的假设。先前的加速声明需要假设没有更好的经典算法来对量子算法进行基准测试。在这里，由Lidar领导的团队使用他们为量子计算机修改的算法来解决"西蒙问题"的一个变体，这是量子算法的早期例子，理论上可以无条件地比任何经典对应物指数级更快地解决任务。
西蒙问题涉及在数学函数中找到隐藏的重复模式，被认为是已知的肖尔因式分解算法的前身，该算法可用于破解密码并启动了整个量子计算领域。
技术实现关键
那么，团队是如何实现他们的指数级加速的呢？某大学博士研究员、第一作者Phattharaporn Singkanipa说："关键是从硬件中挤出每一盎司的性能：更短的电路、更智能的脉冲序列和统计错误缓解。"
研究人员通过四种不同方式实现了这一点：
首先，他们通过限制允许的秘密数字数量来限制数据输入（技术上，通过限制秘密数字集合的二进制表示中1的数量）。这导致比原本需要的量子逻辑操作更少，从而减少了错误积累的机会。
其次，他们使用称为转换的方法尽可能压缩所需的量子逻辑操作数量。
第三，也是最关键的是，研究人员应用了一种称为"动态解耦"的方法，这意味着应用精心设计的脉冲序列，将量子计算机内量子比特的行为与其噪声环境分离，并保持量子处理正常进行。动态解耦对他们演示量子加速的能力产生了最显著的影响。
最后，他们应用了"测量错误缓解"，这种方法可以找到并纠正由于在算法结束时测量量子比特状态的不完美而在动态解耦后残留的某些错误。
未来展望
Lidar警告说："这个结果除了赢得猜谜游戏外没有实际应用，在声称量子计算机已解决实际现实世界问题之前，还有更多工作要做。"
这将需要演示不依赖于预先知道答案的"预言"的加速，并在进一步减少更大量子计算机中噪声和退相干的方法上取得重大进展。尽管如此，量子计算机先前"纸上承诺"提供指数级加速的说法现在已得到坚实证明。
