Bin Yan（左）和Nikolai Sinitsyn（右）開發(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算機可以超越經(jīng)典計算機的條件，但前提是滿足特定條件。圖片來源：洛斯阿拉莫斯國家實驗室

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

“我們證明，你可以確定你會從最初的問題中快速找到解決方案，但這只適用于可以設(shè)置的某一類問題，以便量子系統(tǒng)的許多進化歷史建設(shè)性地干擾。然后，不同的量子歷史提高了彼此達成解決方案的可能性，“洛斯阿拉莫斯國家實驗室的理論量子物理學家Nikolai Sinitsyn說，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)常被報道，但它們?nèi)狈γ鞔_的證據(jù)。Sinitsyn說，有時研究人員推斷他們已經(jīng)獲得了量子優(yōu)勢，但他們無法證明這種優(yōu)勢優(yōu)于任何競爭的經(jīng)典算法。這樣的結(jié)果往往是矛盾的。

量子計算將簡單的量子狀態(tài)轉(zhuǎn)換為具有計算結(jié)果的狀態(tài)。在少數(shù)量子算法中，這個過程被調(diào)整為優(yōu)于經(jīng)典算法。經(jīng)過專門設(shè)計的調(diào)諧算法是為了保證計算過程中不同系統(tǒng)歷史的建設(shè)性干擾，這是量子計算的關(guān)鍵。例如，在量子退火中，可以針對特定問題調(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算機。他們不保證這種干擾。

“任何問題都可以在無限的時間內(nèi)以啟發(fā)式方式解決，”Sinitsyn說?！叭欢趯嵺`中，計算時間總是有限的。研究人員希望量子效應(yīng)至少減少錯誤的數(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演示一個簡單的未調(diào)諧過程，該過程可以解決量子退火計算機可以考慮的任何計算問題。此計算的準確性可以在計算運行時的任何時間點進行表征。

不幸的是，Sinitsyn和Yan發(fā)現(xiàn)，這種準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算依賴于量子效應(yīng)，例如建設(shè)性干涉，當量子處理器同時經(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。如果不進行微調(diào)，則不太可能產(chǎn)生適當?shù)母蓴_。然而，也有極少數(shù)例外，它們?yōu)樽吭降牧孔佑嬎懔粝铝死袌觥?/p>

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

因此，量子計算的啟發(fā)式方法可能最終有效，但必須非常謹慎地考慮。