在物理學中，時間是一個有爭議的話題 。 到目前為止，大多數人已經聽說過量子計算是一項革命性的技術，它的原理是利用量子的新奇特性，以比普通計算機更快的速度解決特定的問題（比如大數分解） 。 這些問題在許多領域都存在，從數學到零售業，從物理學到金融學，無處不在 。 一旦某個國家擁有了這樣的量子技術，國家整體的經濟實力將得到明顯提升，競爭力也會隨之增強 。
20世紀80年代，量子計算的廣闊前景開始被科學家意識到，但至今仍未真正實現 。 量子計算機的設計、制造和編程都非常困難，因為噪聲、錯誤以及各種量子退相干效應都會影響量子計算機的性能，甚至會對量子計算機的運行產生致命影響 。
由振動、溫度漲落、電磁波和其他與外界環境相互作用引起的相干性的喪失叫做退相干，這種效應會破壞量子特性 。 考慮到目前普遍存在的退相干和其他影響因素，即使在執行時間很短的情況下，現代量子計算機也不太可能具有太大的實用性 。
【量子計算機的瓶頸，將如何突破？】盡管科學家正在解決這些問題，但還沒有一個現有的硬件平臺能夠保持相干性并提供大規模計算所需的穩定糾錯能力 。 有價值的突破或許還要等待很多年才能出現 。
與此同時，一個價值數十億美元的問題是，在完成真正的量子計算機之前，我們如何從一臺不可靠的量子計算機中獲得有用的結果？
答案來自多個方面，工業界、學術界和國家實驗室的研究人員正在尋求減少量子計算機錯誤的方法 。 其中一種方法是根據不同噪聲水平下的計算結果來估計無錯誤的計算結果 。 另一種方法是混合量子經典算法，只在量子計算機上運行一個程序中最關鍵的部分，而其他大部分的程序則在更穩定的經典計算機上運行 。 事實證明，這些方案對于消除噪聲環境對量子計算機的影響都非常有用 。
雖然經典計算機也受到各種錯誤源的影響，但這些錯誤可以通過適量的額外存儲和邏輯來糾正 。 量子糾錯方案確實存在，但它消耗了太多的量子比特，以至于可以用于實際計算的量子比特比用于糾錯的更少（這就好像軍隊在戰場上需要動員十個戰士去保護一個傷員一樣，損失了部隊的整體戰斗力） 。
為了更清楚地說明節約量子比特的重要性，我們要知道，基于量子比特邏輯門的量子計算機，類似于你讀這篇文章時所用的電腦、手機或平板電腦中的那些邏輯門，而即使當今最先進的量子計算機也只有50個量子比特 。 而你的電子設備中，經典比特的數量是以千億計 。
麻煩在于，量子力學挑戰了我們的直覺 。 因此我們很難找出執行量子計算的最佳算法 。 為了克服這些問題，我們在美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的團隊正在開發一種方法來發明和優化算法，從而在有噪聲的量子計算機上執行任務 。
算法即是一系列有序的命令，可以告訴計算機怎么去做某件事情，類似于烹飪食譜 。 與經典算法相比，量子算法與程序應該越短越好，并且我們發現，量子程序最好是針對于硬件設備的特定缺陷和噪聲區域而定制 。 這才能使得該算法在退相干效應將正確結果破壞之前，執行更多的處理步驟 。
在洛斯阿拉莫斯的量子計算跨學科研究工作中，我們正在努力解決使量子算法有效運行的關鍵部分 。 其主要思想是減少算法中邏輯門的數量，從而使程序在被退相干和其他錯誤源破壞到不可接受的地步之前執行完程序 。
我們使用機器學習，設計與編譯了針對于特定量子計算機的最佳量子電路 。 到目前為止，我們已在經典計算機上使用機器學習方法來尋找最簡潔的量子算法版本（量子算法的撰寫工作也是在經典計算機上做出來的） 。 現在，在最近的一項突破中，我們設計了一種方法可以讓現有的量子計算機去編寫適應于自身的量子算法 。 這將避免在經典計算機中模擬量子動力學所需的巨大計算資源 。
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