新方法提高量子计算机的性能同时减少环境影响

来自国家信息和通信技术研究所、庆应大学、东京科学大学和东京大学的研究团队成功开发了一种系统地找到量子计算机的最佳量子操作序列的方法。这是首次实现此目标的方法。

该研究发表在科学期刊Physical Review A上。

开发新方法

量子计算机通过依赖专家编写的量子操作序列来执行任务，传统上这涉及计算机操作员根据现有方法编写自己的序列。该团队开发了一种系统方法，应用最优控制理论（GRAPE算法）来确定所有可想象的量子操作序列中的理论最佳序列。

该新方法预计对中规模量子计算机有用。同时，团队表示它应该有助于提高量子计算机的性能，同时也减少近期的环境影响。

量子计算机有潜力解决一系列复杂问题，例如通过减少能耗来减少环境负担，并发现新的化学物质用于医疗领域。

量子计算的挑战

然而，量子计算的一个主要挑战是量子态对噪声非常敏感，这意味着很难使其在更长时间内保持稳定。操作必须在保持相干量子态的时间内完成，这需要一种系统地识别最佳序列的方法。

量子操作序列是一种用人类可读语言编写的计算机程序，它被转换为量子计算机可以处理的形式。量子操作序列涉及1-qubit操作和2-qubit操作，但最佳序列具有最少的操作同时表现出最佳的性能。

新开发的方法通过使用GRAPE算法（一种数值最优控制理论算法）来分析所有基本量子操作的可能序列。该团队创建一个量子操作序列表和每个序列的性能指数，可以从数千到数百万。然后可以根据累积的数据系统地识别出最佳的量子操作序列。

该团队的方法还可以分析所有量子操作序列的完整列表并评估传统方法，这使得它能够帮助建立过去和未来的研究基准。

该团队还发现，有许多优异的量子操作序列，这意味着概率方法可以扩展新方法的适用性以适应更大的任务。通过将机器学习与方法集成，预测能力可以进一步增强。