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量子比特 最新從實(shí)驗(yàn)層面證明：量子計(jì)算，確實(shí)比經(jīng)典計(jì)算更具優(yōu)勢(shì)！

量子計(jì)算和量子傳感有可能比經(jīng)典的強(qiáng)大得多，一臺(tái)完全實(shí)現(xiàn)的量子計(jì)算機(jī)不僅可能只需幾秒鐘就能解出經(jīng)典計(jì)算機(jī)需要數(shù)千年才能解決的方程，而且還可能對(duì)從生物醫(yī)學(xué)成像到自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域產(chǎn)生不可估量的影響。然而，這項(xiàng)技術(shù)還沒有完全到位。事實(shí)上，盡管關(guān)于量子技術(shù)深遠(yuǎn)影響的理論廣為流傳，但很少有研究人員能夠利用目前可用的技術(shù)來(lái)證明量子計(jì)算比經(jīng)典計(jì)算具有優(yōu)勢(shì)。量子比特 最新從實(shí)驗(yàn)層面證明：量子計(jì)算，確實(shí)比經(jīng)典計(jì)算更具優(yōu)勢(shì)！
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在新發(fā)表在《物理評(píng)論X》(Physical Review X)期刊上的一篇研究論文中，亞利桑那大學(xué)研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明：量子計(jì)算系統(tǒng)確實(shí)比經(jīng)典計(jì)算系統(tǒng)更具優(yōu)勢(shì)。該研究的合著者、材料科學(xué)與工程學(xué)助理教授、亞利桑那大學(xué)量子信息與材料集團(tuán)首席研究員張哲申(音譯)表示：展示量子計(jì)算優(yōu)勢(shì)是社會(huì)各界長(zhǎng)期追求的目標(biāo)，能夠證明這一點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)很少，我們正在尋求展示如何利用已經(jīng)存在的量子技術(shù)來(lái)造福現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用。量子計(jì)算如何工作？量子計(jì)算和其他量子過(guò)程依賴于稱為量子比特微小而強(qiáng)大的信息單元。我們今天使用的經(jīng)典計(jì)算機(jī)，使用的是稱為比特的信息單位，它們以0或1的形式存在，但量子比特可以同時(shí)存在于這兩種狀態(tài)。這種二元性使他們既強(qiáng)大又脆弱。這些微妙的量子比特很容易在沒有預(yù)示的情況下崩潰，這使得稱為“量子糾錯(cuò)”的過(guò)程變得非常重要，量子糾錯(cuò)可以在問題發(fā)生時(shí)解決這些問題。如今，量子領(lǐng)域正處于一個(gè)被加州理工學(xué)院著名物理學(xué)家約翰·普雷斯基爾(John Preskill)稱為“噪聲中尺度量子”(NISQ)的時(shí)代。量子比特 最新從實(shí)驗(yàn)層面證明：量子計(jì)算，確實(shí)比經(jīng)典計(jì)算更具優(yōu)勢(shì)！
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在NISQ時(shí)代，量子計(jì)算機(jī)可以執(zhí)行只需要大約50到幾百個(gè)量子比特的任務(wù)，盡管會(huì)有大量的噪聲或干擾。再超過(guò)這一點(diǎn)，噪聲就壓倒了有用性，導(dǎo)致一切都崩潰了。人們普遍認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)實(shí)際有用的量子應(yīng)用，需要1萬(wàn)到數(shù)百萬(wàn)個(gè)量子比特。想象一下，發(fā)明一個(gè)系統(tǒng)，保證你做的每一頓飯都會(huì)完美無(wú)瑕，然后把這個(gè)系統(tǒng)給一群沒有合適食材的孩子。幾年后，一旦孩子們長(zhǎng)大成人，可以買到他們需要的東西，這將是一件很棒的事情。但在此之前，該系統(tǒng)的用處有限。同樣，在研究人員推進(jìn)可以降低噪聲水平的糾錯(cuò)領(lǐng)域之前，量子計(jì)算僅限于小規(guī)模。糾纏優(yōu)勢(shì)研究論文中描述的實(shí)驗(yàn)混合使用了經(jīng)典和量子技術(shù)。具體地說(shuō)，它使用三個(gè)傳感器對(duì)射頻信號(hào)的平均幅度和角度進(jìn)行分類。這些傳感器配備了另一種名為糾纏的量子資源，這種資源允許它們彼此共享信息，并提供了兩個(gè)主要好處：①提高了傳感器的靈敏度，減少了誤差②因?yàn)樗鼈兪羌m纏在一起的，所以傳感器會(huì)評(píng)估全局屬性，而不是收集有關(guān)系統(tǒng)特定部分的數(shù)據(jù)量子比特 最新從實(shí)驗(yàn)層面證明：量子計(jì)算，確實(shí)比經(jīng)典計(jì)算更具優(yōu)勢(shì)！
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這對(duì)于只需要二維答案的應(yīng)用程序很有用。例如，在醫(yī)學(xué)成像中，研究人員不需要知道組織樣本中每一個(gè)細(xì)胞都不是癌變的，只需要知道是否有一個(gè)細(xì)胞是癌變的即可，同樣的概念也適用于檢測(cè)飲用水中的危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)證明，與經(jīng)典傳感器相比，為傳感器配備量子糾纏使其具有優(yōu)勢(shì)，將出錯(cuò)的可能性降低了很小但關(guān)鍵的幅度。量子比特 最新從實(shí)驗(yàn)層面證明：量子計(jì)算，確實(shí)比經(jīng)典計(jì)算更具優(yōu)勢(shì)！
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該研究的合著者、電氣與計(jì)算機(jī)工程助理教授、量子信息理論小組首席研究員莊群濤（音譯）表示：這種利用糾纏來(lái)改進(jìn)傳感器的想法，并不局限于一種特定類型的傳感器，所以它可以用于一系列不同的應(yīng)用，只要你擁有纏繞傳感器的設(shè)備。從理論上講，你可以考慮像自動(dòng)駕駛汽車的激光雷達(dá)(光檢測(cè)和測(cè)距)這樣的應(yīng)用。量子比特分類器在NISQ時(shí)代，存在混合使用量子和經(jīng)典處理的現(xiàn)有應(yīng)用程序，但它們依賴于先前存在的經(jīng)典數(shù)據(jù)集，這些數(shù)據(jù)集必須在量子領(lǐng)域進(jìn)行轉(zhuǎn)換和分類。想象一下，拍攝一系列貓和狗的照片，然后將照片上傳到一個(gè)系統(tǒng)中，該系統(tǒng)使用量子方法將照片貼上“貓”或“狗”的標(biāo)簽。該研究團(tuán)隊(duì)正在從不同的角度處理標(biāo)簽過(guò)程，首先使用量子傳感器收集他們自己的數(shù)據(jù)。這更像是使用一臺(tái)特殊的量子相機(jī)，在拍攝照片時(shí)將照片貼上“狗”或“貓”的標(biāo)簽。量子比特 最新從實(shí)驗(yàn)層面證明：量子計(jì)算，確實(shí)比經(jīng)典計(jì)算更具優(yōu)勢(shì)！
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很多算法都會(huì)考慮存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)磁盤上的數(shù)據(jù)，然后將其轉(zhuǎn)換成量子系統(tǒng)，這需要時(shí)間和精力，新研究的系統(tǒng)通過(guò)評(píng)估實(shí)時(shí)發(fā)生的物理過(guò)程來(lái)解決不同問題。研究人員對(duì)他們?cè)诹孔觽鞲泻土孔佑?jì)算交叉點(diǎn)工作的未來(lái)應(yīng)用感到興奮。他們甚至設(shè)想有一天將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置集成到一個(gè)芯片上，該芯片可以浸入生物材料或水樣中，以識(shí)別疾病或有害化學(xué)物質(zhì)。我們認(rèn)為這是量子計(jì)算、量子機(jī)器學(xué)習(xí)和量子傳感器的一種新范式，因?yàn)樗娴膭?chuàng)建了一座橋梁，將所有這些不同的領(lǐng)域互聯(lián)起來(lái)。

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