【2023年06月30日訊】（記者林達編譯報導）對於材料科學、物理學等領域的研究人員來說，量子計算機的一項新發展極具前景，或者說，量子計算機向應用領域邁出了關鍵一步。
6月14日，IBM在《自然》（Nature）雜誌上發表了一項研究結果，展示了使用100多個量子比特的量子計算機與經典超級計算機對抗的方法——以模擬物理學的方式讓兩台電腦相互競爭。
「量子計算的最終目標之一是模擬經典計算機從未有效模擬過的各種物質材料，」IBM在一份新聞稿中說。「能夠對這些進行建模是邁向應用領域的關鍵一步，例如設計更高效的肥料、製造更好的電池和開發新藥。」
量子計算機可以同時將信息表示為0 、1、或0和1的疊加態。人們預計它在解決某些問題上（例如優化、搜索未排序的數據庫和模擬自然界）將比經典計算機更為有效。但是製造一台有用的量子計算機一直很困難，部分原因是量子比特（Qubit）的微妙特性。這些量子比特對噪音或周圍環境的干擾非常敏感，這會在計算中產生錯誤。隨著量子處理器變得越來越大，這些小的誤差會累積起來。
解決錯誤的一種方法是構建能容錯的量子計算機。另一種方法是通過減輕、糾正或抵銷錯誤等方式來處理它。
在新發表的研究實驗中，IBM研究人員使用127個量子比特的Eagle量子處理器對材料的自旋動力學進行建模，以預測其對磁場的響應等特性。在這個模擬中，他們能夠產生強大的量子糾纏態，即另被模擬的原子彼此相互關聯。通過使用一種稱為零噪音外推法的技術，該團隊能夠分離噪音，並最終得到真正的答案。為了確認從量子計算機得到的答案是可靠的，加州大學伯克利分校（UC Berkeley）的另一個科學家團隊在一組經典計算機上進行了相同的模擬，並得到了相同的答案。
然而，經典計算機在處理這些類型的問題時有一個上限，尤其是當被模型系統變得更加複雜時。儘管IBM的量子處理器距離量子霸權（Quantum Supremacy）還有很長的路要走，到那時它就能夠可靠地勝過傳統計算機去完成相同的任務。然而，在有噪音干擾的情況下也能提供有用的答案是一項了不起的成就。
IBM Research高級副總裁兼主管達里奧·吉爾（Darío Gil）在新聞稿中表示：「這是我們第一次看到量子計算機準確地模擬自然界中的物理系統，超越了經典計算機。」「對我們來說，這是證明當今量子計算機是強大科學工具的里程碑，可以用來解決經典計算機解決不了的難題，這標誌著我們正在步入一個量子計算應用的新時代。」◇
