Bin Yan（左）和Nikolai Sinitsyn（右）開(kāi)發(fā)了一種基于量子理論的分析證明，該證明限制了量子退火計(jì)算機(jī)可以超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的條件，但前提是滿(mǎn)足特定條件。圖片來(lái)源：洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

最近的研究證明，在某些條件下，量子退火計(jì)算機(jī)可以比經(jīng)典計(jì)算機(jī)更快地運(yùn)行算法（包括眾所周知的Shor算法）。然而，在大多數(shù)情況下，當(dāng)時(shí)間有限時(shí)，與經(jīng)典計(jì)算相比，量子退火并不能提供加速，根據(jù)Nature Communications的一項(xiàng)研究。

“我們證明，你可以確定你會(huì)從最初的問(wèn)題中快速找到解決方案，但這只適用于可以設(shè)置的某一類(lèi)問(wèn)題，以便量子系統(tǒng)的許多進(jìn)化歷史建設(shè)性地干擾。然后，不同的量子歷史提高了彼此達(dá)成解決方案的可能性，“洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的理論量子物理學(xué)家Nikolai Sinitsyn說(shuō)，他是該論文的合著者，與洛斯阿拉莫斯同事Bin Yan合著。

雖然在量子退火模擬中具有卓越量子性能的例子經(jīng)常被報(bào)道，但它們?nèi)狈γ鞔_的證據(jù)。Sinitsyn說(shuō)，有時(shí)研究人員推斷他們已經(jīng)獲得了量子優(yōu)勢(shì)，但他們無(wú)法證明這種優(yōu)勢(shì)優(yōu)于任何競(jìng)爭(zhēng)的經(jīng)典算法。這樣的結(jié)果往往是矛盾的。

量子計(jì)算將簡(jiǎn)單的量子狀態(tài)轉(zhuǎn)換為具有計(jì)算結(jié)果的狀態(tài)。在少數(shù)量子算法中，這個(gè)過(guò)程被調(diào)整為優(yōu)于經(jīng)典算法。經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的調(diào)諧算法是為了保證計(jì)算過(guò)程中不同系統(tǒng)歷史的建設(shè)性干擾，這是量子計(jì)算的關(guān)鍵。例如，在量子退火中，可以針對(duì)特定問(wèn)題調(diào)整瞬態(tài)路徑。未經(jīng)調(diào)諧的，所謂的啟發(fā)式量子算法用于量子退火計(jì)算機(jī)。他們不保證這種干擾。

“任何問(wèn)題都可以在無(wú)限的時(shí)間內(nèi)以啟發(fā)式方式解決，”Sinitsyn說(shuō)。“然而，在實(shí)踐中，計(jì)算時(shí)間總是有限的。研究人員希望量子效應(yīng)至少減少錯(cuò)誤的數(shù)量，使啟發(fā)式方法可行。

為了解決啟發(fā)式方法的不確定性，Sinitsyn和合著者Bin Yan建立了一種不同的純分析方法來(lái)演示一個(gè)簡(jiǎn)單的未調(diào)諧過(guò)程，該過(guò)程可以解決量子退火計(jì)算機(jī)可以考慮的任何計(jì)算問(wèn)題。此計(jì)算的準(zhǔn)確性可以在計(jì)算運(yùn)行時(shí)的任何時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行表征。

不幸的是，Sinitsyn和Yan發(fā)現(xiàn)，這種準(zhǔn)確性幾乎總是不比經(jīng)典算法的性能更好。

原因是高效的量子計(jì)算依賴(lài)于量子效應(yīng)，例如建設(shè)性干涉，當(dāng)量子處理器同時(shí)經(jīng)歷的許多不同量子歷史干擾以放大最終狀態(tài)中的有用信息時(shí)。如果不進(jìn)行微調(diào)，則不太可能產(chǎn)生適當(dāng)?shù)母蓴_。然而，也有極少數(shù)例外，它們?yōu)樽吭降牧孔佑?jì)算留下了利基市場(chǎng)。

另一個(gè)鼓舞人心的發(fā)現(xiàn)是，所考慮的過(guò)程沒(méi)有遇到所謂的自旋玻璃化轉(zhuǎn)變，這對(duì)應(yīng)于對(duì)計(jì)算誤差的極慢抑制，這是經(jīng)典退火計(jì)算策略的一大缺點(diǎn)。

因此，量子計(jì)算的啟發(fā)式方法可能最終有效，但必須非常謹(jǐn)慎地考慮。