研究人员成功开发新方法在减少环境影响的同时提高了量子计算机的性能

来自日本国立信息与通信技术研究所、庆应大学、东京理科大学和东京大学的一组研究人员成功开发了一种系统地寻找量子计算机最佳量子操作序列的方法。这种新方法是第一个取得成功的。

该研究发表在科学杂志《物理评论 A》上。

开发新方法

量子计算机通过依赖专家编写一系列量子操作来执行任务，传统上这涉及计算机操作员根据现有方法编写自己的操作。该团队开发了一种系统方法，该方法应用最优控制理论（GRAPE 算法）从所有可能的量子操作序列中识别理论上的最优序列。

新方法有望用于中型量子计算机。同时，该团队表示，它应该有助于提高量子计算机的性能，同时还可以在不久的将来减少对环境的影响。

量子计算机具有解决广泛复杂问题的潜力，例如通过降低能源消耗来减轻环境负担，以及为医学领域发现新的化学物质。

量子计算的挑战

然而，量子计算的主要挑战之一是量子态对噪声高度敏感，这意味着很难长时间保持稳定。这些操作必须在保持相干量子态的时间内完成，这就需要一种系统地识别最优序列的方法。

量子操作序列是用人类可读的语言编写的计算机程序，它被转换为由量子计算机处理。量子运算序列涉及 1-qubit 运算和 2-qubit 运算，但最佳序列在展示最佳性能的同时具有最少的运算。

新开发的方法通过使用 GRAPE 算法（一种数值最优控制理论算法）分析所有可能的基本量子操作序列。该团队创建了一张量子操作序列表和每个序列的性能指标，范围从数千到数百万不等。然后可以基于累积的数据系统地识别最佳量子操作序列。

该团队的方法还可以分析所有量子操作序列的完整列表并评估常规方法，这使其能够帮助建立过去和未来研究的基准。

该团队还发现，有许多出色的量子操作优化序列，这意味着概率方法可以将新方法的适用性扩展到更大的任务。通过将机器学习与该方法相结合，可以进一步增强预测能力。