科技日報記者 張夢然
《自然》9日發表的最新論文中，美國科學家團隊探索了量子回路的復雜性。他們新展示的一個量子處理器，已經能夠執行現有超級計算機無法完成的計算任務。這項實驗屬于一個大規模深入研究的一部分，旨在調查量子處理器在背景噪聲干擾下進行復雜計算的潛在能力，這些干擾一直是量子處理器展現能力時面臨的重大挑戰。
量子處理器是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。而當某個裝置處理和計算的是量子信息、運行的是量子算法時，它就被稱為量子計算機。量子處理器是量子計算機中的核心部件，量子計算機依靠它進行高速運算、處理量子信息。
但量子處理器有一個特點，就是對噪聲（溫度、磁場甚至宇宙輻射等環境干擾）非常敏感。這些噪聲會嚴重干擾其在復雜任務中的表現，而這些任務正是經典超級計算機無法完成、需要量子計算機“大展身手”的舞臺。較長時間以來，科學家一直很難準確探測噪聲究竟會如何影響量子線路的性能。
此次，美國谷歌研究院科學家研究了量子處理器進入復雜計算輸出領域的路徑。他們使用了一種被稱為隨機線路取樣的方法，來測試超導量子比特（量子計算機的基礎單元）2D網格的保真度。隨機線路取樣是評估量子計算機與經典超級計算機表現的基準。
這些實驗展示了兩個階段之間的轉變：在第二個階段即所謂“低噪聲階段”中，研究團隊證實了量子計算機的計算復雜性，足以超越經典超級計算機。此外，他們還用67量子比特的“懸鈴木”（Sycamore）芯片展示了超越經典的性能，這一實驗和理論工作證實了存在一種穩定的、計算上復雜的相態，這種相態可以利用當前的量子處理器達到。
研究團隊表示，這一發現增進了人們對量子計算能力的理解。
總編輯圈點
噪聲可說是“量子處理器之危”。因為量子處理器對噪聲非常敏感，量子的微妙特性，使得即使最輕微的干擾，比如熱量產生的雜散光子、周圍電子設備的隨機信號、物理振動，都能迅速摧毀量子疊加態，嚴重影響量子計算機的準確性。所以說，人們在構建實用量子計算機方面能否有所進展，歸根結底要看一個關鍵點：能否“馴服”噪聲。現在，在一個低噪聲階段，量子計算機被認為超越了經典超級計算機。這一突破，或是量子計算未來在藥物發現、密碼學、金融等諸多領域產生變革的開端。
