量子计算在处理速度和效率方面取得了重大进展，但也面临着包括信息丢失在内的重大挑战。最近的研究表明，优化的经典算法可以有效地模拟量子计算，这表明经典计算的改进可能弥合与量子计算潜力的差距。这一发展强调了实现量子优势的复杂性，并强调了计算进步的多方面方法。
量子计算被誉为在速度和内存使用方面都优于经典计算的技术，有可能为预测以前不可能实现的物理现象开辟道路。
许多人认为量子计算的出现标志着经典或传统计算的范式转变。传统计算机以数字比特(0和1)的形式处理信息，而量子计算机使用量子比特(量子位)以0到1之间的值存储量子信息。在某些条件下，这种以量子位处理和存储信息的能力可用于设计量子算法，其性能大大优于经典算法。值得注意的是，量子以0到1之间的值存储信息的能力使得经典计算机很难完美地模拟量子计算机。
量子计算中的挑战和解决方案
然而，量子计算机很挑剔，有丢失信息的倾向。此外，即使可以避免信息丢失，也很难将其转化为经典信息——这是产生有用计算所必需的。
经典计算机没有这两个问题。此外，巧妙设计的经典算法可以进一步利用信息丢失和转换的双重挑战，以比以前想象的少得多的资源来模拟量子计算机，正如最近在PRX量子杂志上发表的一篇研究论文所报道的那样。
科学家们的研究结果表明，经典计算可以被重新配置，以执行比最先进的量子计算机更快、更准确的计算。
这一突破是通过一种算法实现的，该算法仅将部分信息存储在量子态中，仅足以精确计算最终结果。
连接经典和量子计算
纽约大学物理系助理教授、该论文的作者之一Dries Sels解释说:“这项工作表明，有许多改进计算的潜在途径，包括经典方法和量子方法。”“此外，我们的工作强调了用容易出错的量子计算机实现量子优势是多么困难。”
为了寻找优化经典计算的方法，塞斯和他在西蒙斯基金会的同事们专注于一种张量网络，它忠实地代表了量子位之间的相互作用。众所周知，这些类型的网络很难处理，但该领域的最新进展现在允许这些网络通过借鉴统计推断的工具进行优化。
作者将该算法的工作与将图像压缩为JPEG文件进行了比较，JPEG文件通过消除图像质量几乎无法察觉的信息来使用更少的空间存储大型图像。
“为张量网络选择不同的结构对应于选择不同的压缩形式，就像为你的图像选择不同的格式一样，”领导这个项目的熨斗研究所的约瑟夫·廷德尔(Joseph Tindall)说。“我们正在成功开发用于处理各种不同张量网络的工具。这项工作反映了这一点，我们相信，我们很快就会进一步提高量子计算的标准。”
参考文献:Joseph Tindall, Matthew Fishman, E. Miles Stoudenmire和Dries Sels撰写的“IBM Eagle踢腿Ising实验的高效张量网络模拟”，2024年1月23日，PRX Quantum。DOI: 10.1103 / PRXQuantum.5.010308
这项工作由熨斗研究所和空军科学研究办公室(FA9550-21-1-0236)资助。
