2倍的Gambit: IBM技术双倍量子位效率

一项新的研究发现，使用一种被称为“纠缠锻造”的新技术，IBM研究人员表示，他们可以将运行模拟所需的量子计算资源减少一半。

量子计算机最近的应用可能是化学和物理模拟——例如，模拟分子研究新型电池设计或发现新药。然而，今天的量子硬件的量子位仍然很低，而且容易出错，限制了它的实际应用潜力。

现在IBM的科学家们已经开发出一种新的量子模拟方法——纠缠锻造——来模拟一个量子系统，比如一个分子，只需要通常所需量子位的一半。例如，使用IBM的27个量子比特的猎鹰量子处理器，他们透露，他们可以使用纠缠锻造来精确模拟水分子的基态，它拥有最少的能量，只使用5个量子比特，而不是标准的10个。

纠缠锻造将量子计算和经典计算结合起来，本质上使量子计算机的能力翻倍。这种混合方法目前在量子计算中很常见，例如，称为变分量子本征求解器将量子计算和经典计算结合起来，可以找到问题的最佳解决方案，比如分子的基态。

在IBM新的“纠缠伪造”协议中，使用一个量子比特状态的叠加来重写两个量子比特的纠缠状态。IBM

该研究的主要作者说:“主要思想是通过将部分量子计算吸收到经典计算中来解决给定量子硬件上的更大问题。安德鲁·埃丁他是哈佛大学的研究科学家IBM量子在加州圣何塞。

这项新技术将量子系统分为两部分。然后在量子计算机上分别对这两部分进行建模——首先是一半，然后是另一半——然后使用经典计算计算纠缠度在两半之间，把模型编织在一起。

纠缠锻造的一个缺点是，它在量子系统的一半只有弱纠缠的情况下工作得最好，这意味着它们之间的联系相对较少。系统内部的纠缠越大，纠缠锻造就越难以用经典计算准确地模拟系统。

尽管如此，Eddins指出，有可能将不同版本的锻造扩展到更强纠缠的量子系统。IBM的研究人员正在探索一种策略，他们基本上将系统分为过去和未来的状态。”理论上，这种我们称之为‘海森堡锻造’的方法可以模拟强纠缠态，”Eddins说。

缠结锻造的另一个限制是时间。“量子计算机在模拟纠缠态方面自然是高效的，在这里我们放弃了部分效率，将部分任务转移到经典计算中，”Eddins说。“结果是量子计算机上运行的每个电路都更小，但要运行的电路更多，所以整个计算需要更长的时间。幸运的是，当模拟系统的两部分只是弱纠缠时，这种时间成本可以相对较小。”

科学家们现在试图探索可伸缩的纠缠锻造如何适用于更大的量子系统。即使系统变得足够大，以至于不可能包含经典计算，“纠缠锻造可能会给出有用的近似解，否则用给定的一组方法是无法获得的物理量子比特Eddins说。

科学家们详细描述了他们的发现刊登在1月14日的杂志上插件可以量子。