即使對於量子計算機來說，“噩夢”計算也可能太困難

研究人員發現了一種涉及奇特類型量子物質的“噩夢場景”計算，即使是非常高效的量子計算機也無法解決。

在不考慮物質量子態的複雜性的情況下，確定材料的相可能相對簡單。以水為例：您可以立即確定它是固相還是液相。然而，這個問題的量子版本可能要困難得多。 托馬斯·舒斯特 加州理工學院的教授和他的同事們表明，即使對於量子計算機來說，識別物質的量子相也可能太困難。

他們對一個場景進行了數學分析，其中量子計算機獲得了一組物體量子態的測量值，並且必須確定其相位。舒斯特說，這並不總是一項不可能完成的任務，但他的團隊已經證明，對於物質量子相的很大一部分——液態水和冰的更奇異的表親，例如具有奇怪電流的“拓撲”相——量子計算機可能需要非常長的時間來計算。這種情況類似於實驗室實驗的最糟糕版本，確定樣品的特性需要使儀器保持數十億或數万億年的運行。

這並不意味著量子計算機對於這項任務實際上已經過時了。舒斯特表示，這些階段不太可能出現在材料或量子計算機的實際實驗中——它們更多地是對我們目前對量子計算的理解中缺失的東西的診斷，而不是直接的實際威脅。 “它們就像一場噩夢，如果它出現的話，情況會非常糟糕。它可能不會，但我們需要更好地理解它，”他說。

比爾·費弗曼 伊利諾伊州芝加哥大學的教授表示，該課程提出了關於計算機可以做什麼的有趣問題。他說：“這可能更廣泛地說明了計算的局限性：儘管某些特定問題的速度顯著加快，但即使對於高效的量子計算機來說，仍然總會出現過於復雜的問題。”

他說，從數學角度來看，這項新研究將量子密碼學中使用的量子信息科學的各個方面與物質物理學的基本思想聯繫起來，因此它也有助於推動兩者的發展。

展望未來，該團隊希望將他們的分析擴展到更具能量或激發態的物質量子相，而眾所周知，這些量子相很難更廣泛地計算。