一種奇怪的量子性可能是量子計算機成功的關鍵

量子計算機為何比傳統機器更強大？一項新的實驗表明，關鍵因素可能是“量子情境性”的特性。

量子計算機與所有其他計算機有根本的不同，因為它們使用傳統電子學中未發現的獨特量子現象。例如，它們的構建塊（稱為量子位）通常處於疊加狀態（顯然同時具有兩種通常互斥的屬性）或通過量子糾纏的不可分割的紐帶連接起來。

現在，谷歌量子人工智能的研究人員已經使用他們的 Willow 量子計算機進行了多次演示，表明量子上下文屬性也發揮著重要作用。

量子語境反映了測量量子物體屬性的奇怪性。例如，雖然鋼筆的顏色不受在測量鋼筆長度之前或之後測量的影響，但對於量子物體，測量結果不能被視為獨立於所有其他測量的預先存在的屬性。

這種關聯性之前已經在量子光的專門實驗中進行了研究，2018 年，一組研究人員從數學上證明它也可以用於量子計算算法。

值得注意的是，該算法將允許量子計算機以固定的步驟找到隱藏在較大數學對像中的數學公式，無論該對像有多大。換句話說，量子語境可以讓你大海撈針，無論其大小。

Google實驗通過增加量子比特數來實現這個算法，從幾個增加到105個，相當於增加了大海撈針的數量。由於 Willow 的噪聲較多，這意味著它比為其編寫算法的理想理論量子計算機的錯誤率更低，因此步驟數實際上隨著量子位數量的增加而增加。然而，Willow 使用的步驟仍然少於研究人員估計的傳統計算機所需的步驟。

因此，量子情境性似乎會帶來量子優勢——量子計算機利用其量子性超越經典設備的性能。此外，團隊還基於量子上下文實現了其他幾種量子計算協議，發現它們的效果比之前的研究更強。

“當我第一次聽說這件事時，我說這不可能是真的。這真是太神奇了，”西班牙塞維利亞大學的阿丹·卡貝洛 (Adan Cabello) 說。

德克薩斯州萊斯大學的 Veer Bulchandani 表示：“這些結果清楚地表明了現代量子計算機如何突破實驗量子物理學的界限。”他說，任何聲稱獲得有用的量子效益的量子計算機都必須能夠執行這些任務，這是其量子性質的一個指標。

然而，南加州大學的 Daniel Lidar 表示，這一演示還不能證明量子優勢可以在實踐中使用，因為 2018 年的算法嚴格證明了量子計算機相對於經典計算機的優越性，只是在量子比特數多於 Willow 的情況下，並且使用了不易出錯的量子比特。他說，下一步可能是將新工作與量子糾錯算法結合起來。

除了為量子計算機提供新的基準之外，該實驗還強調了量子物理學最基本方面的重要性。卡貝洛表示，研究人員仍然缺乏關於究竟是什麼導致量子優勢的全面理論，但與經常必須創建的糾纏不同，上下文在某種意義上是內置於量子物體中的。他說，像 Willow 這樣的量子計算機現在已經足夠好，足以讓我們認真對待量子物理學的怪異之處。