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Sci. Adv.：在“嘈杂”中证明优化算法的“量子优势”

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发布时间：2023-11-15
 
来自美国大学太空研究协会（USRA）、Rigetti Computing公司和美国国家航空航天局艾姆斯研究中心的科学家团队开展的研究，为实现利用量子计算能力进行组合优化这一具有挑战性的目标迈出了重要一步。
 
这项研究是美国国防部高级研究计划局（DARPA）“含噪声的中等规模量子计算优化（ONISQ）”计划的一部分。该计划于2019年授予USRA，以指导USRA、NASA和Rigetti Computing之间的紧密科学合作。 
 
这项工作的重点是开发量子优化方法的基本进步，将在未来影响美国的军事能力。
 
 
相关成果最近发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上的论文《量子增强型贪婪组合优化求解器》(Quantum-Enhanced Greedy Combinatorial Optimization Solver)中。
 
 
量子硬件中的噪声一直是个老大难问题，为了缓解这一问题，研究人员引入了一种创新的量子算法，该算法受到量子混合优化领域最新进展的启发并以此为基础。这种算法在硬件噪声较强的情况下，性能优于经典的“贪婪”（greedy）算法。
 
这项研究使用了最先进的可编程超导量子计算机（Rigetti Aspen™-M-3 系统），具有多达72个量子比特，是我们了解“量子优势”要求的一个重要里程碑。
 
据USRA高级计算机科学研究所副所长兼ONISQ“高级混合器调度应用”（SAAM）项目首席研究员达维德·文图雷利（Davide Venturelli）博士介绍，应用量子计算界的很大一部分人仍在关注可以模拟和完全理解的玩具问题。
 
“我们面临的挑战是，无论战胜影响量子系统的噪声看起来有多么艰巨，都不要害怕开发能够充分利用当前量子硬件资源的复杂算法。”
 
问题映射和量子电路
 
优化每个面板对应不同大小的SK问题实例：(A) N = 8，(B) N = 24，(C) N = 40，(D) N = 56，以及 (E) N = 72
 
性能提升
 
论文的第一作者马克西姆·杜邦（Maxime Dupont）博士说：“我们的工作证明，噪声超导量子计算机能够以良好的性能大规模解决组合优化问题，随着更多的量子比特和更好的保真度的出现，量子优势的差距正在缩小。”
 
这项工作及其在72个量子比特上的演示为量子算法的发展提供了一个新的视角，并可通过错误缓解技术进一步改进——这将在未来的项目中再次进行研究。
 
参考链接：
[1]https://www.prnewswire.com/news-releases/advances-in-quantum-computing-pave-the-way-to-next-generation-quantum-optimization-algorithms-301987770.html
[2]https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi0487
 

 

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