本周，IBM 研究人员在《自然》杂志上发表了一项研究成果，展示了他们如何使用一台拥有 100 多个量子比特的量子计算机与一台经典超级计算机进行较量。他们让这两种计算机执行模拟物理学的任务。
“量子计算的最终目标之一是模拟经典计算机从未有效模拟过的材料组件，”IBM 在新闻稿中表示。“能够模拟这些组件是解决诸如设计更高效的肥料、制造更好的电池以及创造新药物等挑战的关键一步。”
量子计算机可以将信息表示为零、一或同时表示零和一，据推测，在解决某些问题（如优化、搜索未排序数据库以及模拟自然）方面，它们比经典计算机更有效。但制造出实用的量子计算机一直很困难，部分原因是量子比特（量子计算中等同于经典计算中比特的零和一）非常脆弱。这些量子比特对噪声（即周围环境的干扰）非常敏感，这可能在计算中产生错误。随着量子处理器规模越来越大，这些小小的差错就会累积起来。
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解决错误的一种方法是构建容错量子计算机。另一种方法是通过降低错误、纠正错误或消除错误来某种程度上应对错误。
在本周公布的实验中，IBM 研究人员使用了一台拥有 127 个量子比特的 Eagle 量子处理器来模拟材料的自旋动力学，以预测其对磁场的响应等特性。在这项模拟中，他们能够生成大的纠缠态，其中某些模拟原子会相互关联。通过使用一种称为零噪声外推的技术，该团队能够分离噪声并阐明真实的答案。为了确认他们从量子计算机获得的答案是否可靠，加州大学伯克利分校的另一组科学家在经典计算机上进行了相同的模拟——结果是匹配的。
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然而，对于这类问题，尤其是当模型变得更加复杂时，经典计算机存在上限。尽管 IBM 的量子处理器距离实现量子霸权（即在同一任务上可靠地超越经典计算机）还有一段距离，但证明它即使在存在噪声的情况下也能提供有用的答案是一项值得称赞的成就。
“这是我们第一次看到量子计算机能够精确模拟自然界中的物理系统，其能力超越了领先的经典方法，”IBM 研究高级副总裁兼总监 Darío Gil 在新闻稿中表示。“对我们来说，这一里程碑是证明当今的量子计算机是能够用于模拟经典系统极其困难——甚至可能不可能——的问题的科学工具，标志着我们现在正在进入量子计算实用化新时代的重要一步。”
