有些問題即使對於量子計算機來說也太難了
雅羅斯拉夫·庫什塔/蓋蒂圖片社
研究人員發現了一種針對奇異類型量子物質的“噩夢場景”計算，即使是最高效的量子計算機也無法解決。
沒有物質量子態的複雜性，很容易確定物質的相。以水為例——很容易判斷它是固相還是液相。然而，這項任務的量子版本將更加艱鉅。 托馬斯·舒斯特 加州理工學院的同事和他的同事現在已經證明，量子計算機很難檢測物質的量子相。
他們對一個場景進行了數學分析，其中向量子計算機提供了一組有關物體量子態的測量結果，並且必須確定其相位。舒斯特說，這並不總是一個不可能的問題，但他的團隊已經證明，物質的量子相的很大一部分——液態水和冰的奇異表親，例如包含奇怪電流的“拓撲”相——量子計算機需要很長時間才能計算。這種情況就像實驗室實驗的最糟糕版本，需要將儀器保持在適當位置數十億或數万億年才能確定樣本的屬性。
這並不意味著量子計算機對於這項任務來說實際上已經過時了。舒斯特爾表示，這些步驟不太可能出現在材料或量子計算機的實際實驗中——這一診斷表明，我們對量子計算的理解目前還不足以構成迫在眉睫的實際威脅。 “它們就像一場噩夢，如果出現就非常糟糕。它可能不會出現，但我們必須更好地理解它，”他說。
比爾·費弗曼 伊利諾伊州芝加哥大學的這門研究課程提出了關於計算機一般可以做什麼的有趣問題。他說：“更廣泛地說，這是關於計算的限制，雖然某些特定任務已經實現了顯著的加速，但總會有一些任務對於高效的量子計算機來說太困難了。”
他說，從數學上來說，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結合起來，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高能或激發的物質量子相，已知這些相更難以計算。
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