來自日本國立信息與通信技術(shù)研究所、慶應大學、東京理科大學和東京大學的一組研究人員成功開發(fā)了一種系統(tǒng)地尋找量子計算機最佳量子操作序列的方法。這種新方法是第一個取得成功的。

該研究發(fā)表在科學雜志《物理評論 A》上。

開發(fā)新方法

量子計算機通過依賴專家編寫一系列量子操作來執(zhí)行任務，傳統(tǒng)上這涉及計算機操作員根據(jù)現(xiàn)有方法編寫自己的操作。該團隊開發(fā)了一種系統(tǒng)方法，該方法應用最優(yōu)控制理論（GRAPE 算法）從所有可能的量子操作序列中識別理論上的最優(yōu)序列。

新方法有望用于中型量子計算機。同時，該團隊表示，它應該有助于提高量子計算機的性能，同時還可以在不久的將來減少對環(huán)境的影響。

量子計算機具有解決廣泛復雜問題的潛力，例如通過降低能源消耗來減輕環(huán)境負擔，以及為醫(yī)學領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)新的化學物質(zhì)。

量子計算的挑戰(zhàn)

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

量子操作序列是用人類可讀的語言編寫的計算機程序，它被轉(zhuǎn)換為由量子計算機處理。量子運算序列涉及 1-qubit 運算和 2-qubit 運算，但最佳序列在展示最佳性能的同時具有最少的運算。

新開發(fā)的方法通過使用 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。該團隊創(chuàng)建了一張量子操作序列表和每個序列的性能指標，范圍從數(shù)千到數(shù)百萬不等。然后可以基于累積的數(shù)據(jù)系統(tǒng)地識別最佳量子操作序列。

該團隊的方法還可以分析所有量子操作序列的完整列表并評估常規(guī)方法，這使其能夠幫助建立過去和未來研究的基準。

該團隊還發(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展到更大的任務。通過將機器學習與該方法相結(jié)合，可以進一步增強預測能力。