IBM推出“零噪聲外推”的技術(shù)，以減輕量子計算的噪聲

2月28日消息，據(jù)外媒報道，IBM開發(fā)了一種名為“零噪聲外推”的技術(shù)，可以減輕量子計算的噪聲。研究人員在不同的噪聲水平下進(jìn)行重復(fù)計算，可以估算出在沒有噪聲干擾的情況下量子計算機(jī)的計算結(jié)果。該研究已發(fā)表在《自然》雜志上。

在不同的噪聲水平下測量的單個量子位軌跡(紅色、綠色)以及用于估計誤差減輕的軌跡(藍(lán)色)

二進(jìn)制數(shù)位是計算機(jī)中表示信息的基本單位，“位”只能表示0或1。量子比特(量子位)構(gòu)成了量子計算，量子位不僅可以表示0或1，還可以表示這兩者的某種組合(疊加狀態(tài))。量子計算機(jī)能夠執(zhí)行傳統(tǒng)計算機(jī)無法完成的任務(wù)。但今天的量子計算機(jī)存在一個很大的問題，就是量子計算過程中有噪聲，這些噪聲來自量子比特內(nèi)的熱量、來自基本的量子力學(xué)過程的隨機(jī)波動都有可能會干擾量子比特的狀態(tài)，從而造成計算錯誤。

因此，減少誤差和降低噪聲是提高量子計算機(jī)實(shí)用性的關(guān)鍵。IBM稱其“噪聲放大”技術(shù)提高了量子計算的準(zhǔn)確性。最重要的是，這都是在不需要硬件改進(jìn)的情況下實(shí)現(xiàn)的。

IBM的研究人員表示，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在不同的噪聲水平下重復(fù)計算，可以估算出量子計算機(jī)在沒有噪聲的情況下會得出什么樣的結(jié)果。具體來說，就是用于在量子位上執(zhí)行量子操作的微波脈沖被“時間拉伸”，進(jìn)行可控制地放大噪聲。

在有噪聲的量子硬件上的計算受到退相干和電路深度之間的競爭的限制。增加電路深度可以幫助創(chuàng)建更復(fù)雜的量子態(tài)，但是，這通常意味著增強(qiáng)了退相干誤差。零噪聲外推技術(shù)減輕了退相干效應(yīng)，與此同時，得益于增加的電路深度，可以進(jìn)行更復(fù)雜和準(zhǔn)確的計算。

左側(cè)為2017年研究結(jié)果，右側(cè)為2019年研究結(jié)果

IBM研究人員聲稱，零噪聲外推可以用來改善任何依賴于期望值的量子計算。在他們的論文中，他們展示了在2017年發(fā)表在英國《自然》雜志上的研究——IBM在自己的超導(dǎo)量子設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了一種新的量子算法，這種算法可以模擬真實(shí)分子，能夠高效精確地計算出小分子電子的最低能態(tài)(energy state)。此外，在2019年3月早些時候，IBM發(fā)表在《自然》雜志上的論文展示了現(xiàn)代量子計算機(jī)是如何從數(shù)據(jù)中進(jìn)行學(xué)習(xí)的。論文表明，傳統(tǒng)計算機(jī)可以將數(shù)據(jù)映射到只存在量子態(tài)的空間中，實(shí)現(xiàn)監(jiān)督式學(xué)習(xí)。

盡管如此，他們承認(rèn)這些改進(jìn)并不是無限的，最終會受到處理器的一致性屬性的限制。