想象一下这样一个世界:目前我们最好的超级计算机需要几个月才能完成的复杂计算，可以在几分钟内完成。量子计算正在彻底改变我们的数字世界。在《智能计算》杂志上发表的一篇研究文章中，研究人员公布了一种自动化协议设计方法，可以比我们想象的更快地释放量子设备的计算能力。

　　量子计算优势是量子技术发展的一个重要里程碑。这意味着量子计算机在某些任务上的表现超过了经典超级计算机。实现量子计算优势需要专门设计的协议。例如，随机电路采样在最近的实验中已经显示出有希望的结果。

　　在尝试使用随机电路采样时必须考虑的一个问题是，必须仔细设计随机量子电路的结构，以扩大量子计算与经典模拟之间的差距。为了解决这一挑战，研究人员黄贺亮、赵有为和郭初开发了一种自动化协议设计方法，用于确定量子计算优势实验中的最佳随机量子电路。

　　用于随机电路采样实验的量子处理器架构采用2量子位门模式。2量子位门通过作用于两个量子位的状态来实现两个量子位之间的相互作用，从而构建量子电路，实现量子计算。

　　在进行计算时，为了充分发挥量子计算的优越性能，有必要使经典模拟成本最大化。然而，确定最佳随机量子电路设计以最大化经典模拟成本并非易事。

　　寻找最优随机量子电路首先需要穷尽所有可能的模式，然后估计每种模式的经典模拟成本，并选择成本最高的模式。经典的仿真代价高度依赖于所使用的算法，但目前传统算法存在估计时间过长的局限性。

　　本文提出的新方法采用Schr?dinger-Feynman算法。该算法将系统分为两个子系统，并将它们的量子态表示为状态向量。该算法的代价由两个子系统之间产生的纠缠决定。使用该算法评估复杂性所需的时间要少得多，并且随着随机量子电路尺寸的增加，其优势变得更加明显。

　　实验证明了该方法所得到的随机量子电路的有效性，并与其他算法进行了比较。在祖冲之2.0量子处理器中随机生成5个量子电路，每个电路具有不同的Schr?dinger-Feynman算法复杂度。实验结果表明，复杂度越高的电路成本也越高。

　　经典计算和量子计算之间的竞争预计将在十年内结束。这种新方法最大限度地提高了量子计算的计算能力，而不会对量子硬件提出新的要求。此外，这种新方法能够以更高的经典模拟成本获得随机量子电路的主要原因可能是量子纠缠的增长速度更快。

　　在未来，理解这一现象及其潜在的物理原理可能有助于研究人员探索使用量子优势实验的实际应用。

　　更多资料:黄贺亮等，如何设计经典难解随机量子电路用于量子计算优势实验，智能计算(2024)。DOI: 10.34133 / icomputing.0079

　　智能计算提供

　　引文:解锁量子计算能力:量子优势的自动协议设计(2024,3月25日)，2024年3月26日检索自https://phys.org/news/2024-03-quantum-power-automated-protocol-advantage.html

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