美国科学家开发新型量子处理器，首次在噪声环境下超越超算

美国科学家开发新型量子处理器，首次在噪声环境下超越超算

美国科学家在量子计算领域取得重要突破，成功开发出能够在噪声干扰下执行超越经典超级计算机任务的量子处理器。这一发现为量子计算的未来发展开辟了新的道路。

《自然》杂志最新发表的论文中，美国科学家团队在量子回路复杂性研究方面取得了重要进展。他们展示了一个新型量子处理器，该处理器已经能够执行现有超级计算机无法完成的计算任务。这项实验是大规模深入研究的一部分，旨在调查量子处理器在背景噪声干扰下进行复杂计算的潜在能力，这些干扰一直是量子处理器展现能力时面临的重大挑战。

量子处理器与噪声问题

量子处理器是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。而当某个装置处理和计算的是量子信息、运行的是量子算法时，它就被称为量子计算机。量子处理器是量子计算机中的核心部件，量子计算机依靠它进行高速运算、处理量子信息。

但量子处理器有一个特点，就是对噪声（温度、磁场甚至宇宙辐射等环境干扰）非常敏感。这些噪声会严重干扰其在复杂任务中的表现，而这些任务正是经典超级计算机无法完成、需要量子计算机“大展身手”的舞台。较长时间以来，科学家一直很难准确探测噪声究竟会如何影响量子线路的性能。

最新研究成果

此次，美国谷歌研究院科学家研究了量子处理器进入复杂计算输出领域的路径。他们使用了一种被称为随机线路取样的方法，来测试超导量子比特（量子计算机的基础单元）2D网格的保真度。随机线路取样是评估量子计算机与经典超级计算机表现的基准。

这些实验展示了两个阶段之间的转变：在第二个阶段即所谓“低噪声阶段”中，研究团队证实了量子计算机的计算复杂性，足以超越经典超级计算机。此外，他们还用67量子比特的“悬铃木”（Sycamore）芯片展示了超越经典的性能，这一实验和理论工作证实了存在一种稳定的、计算上复杂的相态，这种相态可以利用当前的量子处理器达到。

研究团队表示，这一发现增进了人们对量子计算能力的理解。

噪声问题与未来展望

噪声可说是“量子处理器之危”。因为量子处理器对噪声非常敏感，量子的微妙特性，使得即使最轻微的干扰，比如热量产生的杂散光子、周围电子设备的随机信号、物理振动，都能迅速摧毁量子叠加态，严重影响量子计算机的准确性。所以说，人们在构建实用量子计算机方面能否有所进展，归根结底要看一个关键点：能否“驯服”噪声。现在，在一个低噪声阶段，量子计算机被认为超越了经典超级计算机。这一突破，或是量子计算未来在药物发现、密码学、金融等诸多领域产生变革的开端。