吉川和辉：量子计算机和传统计算机结合在一起被称为“量子经典混合”。围绕这一计算技术，全球竞争日益激烈。原因是，目前的量子计算机无法避免计算错误，短期内很难单独进行实用性计算。混合计算的新算法，以及方便用户使用的云服务纷纷出现。

 

      错误频发的量子计算机

 

      日本内阁府在4月发布的《量子未来社会展望》报告中提出，日本应该瞄准的方向是将超算等传统计算机与量子计算机相结合，通过混合化来实现“革新性计算服务”。

超级计算机“富岳”

 

      为什么要进行“混合”呢？量子比特是量子计算机的基本单元，难以耐受周围环境的热量等产生的噪声，容易发生计算错误。用这种量子比特构建较长的量子电路进行计算时，错误就会累积，导致无法得出正确的答案。这种真正的量子计算只有在具备“FTQC”纠错功能的未来量子计算机中才有可能实现。

 

      要防止计算错误，可以通过增加量子比特的数量来实现，但需要的量子比特数量非常庞大。以目前主流的超导型量子计算机为例，量子比特数量最多为127。具有实用性纠错功能的量子计算机需要数万量子比特，实现前景无法预料。

 

      即便是现在的量子计算机，也可以通过较短的量子电路统计大量计算结果，然后利用传统计算机进行优化计算，从而得到正确的计算结果。这就是量子经典混合算法的基本思路。

 

      叫做“变分量子本征求解（VQE）”的代表性算法用于预测分子结构和特性的量子化学计算等。此外，还有面向优化组合问题及机器学习的算法，国内外都在积极研究，应用于保健及金融领域等现实的计算课题。

 

      7月14日，日本东京大学的副教授Erik Lötstedt及山内薰教授等人与DIC的共同研究小组宣布，使用量子计算机和传统计算机，准确计算出了二氧化碳分子的被叫做“振动能级”的分子振动能量。

      研究小组使用了东大在川崎市运行的美国IBM量子计算机。通过比较量子计算获得的能量与传统计算机计算的结果，推断出噪声造成的误差，这种算法降低了计算误差。

  

设在川崎市的IBM量子计算机 Quantum System One

 

      各种服务不断出现

 

      与上述算法的研究并行，美国大型IT企业正在主导开展计算机用户可以顺利执行混合计算的服务。

 

      美国大型云服务商亚马逊云科技（AWS）从2021年11月开始提供强化了量子经典混合算法的服务。2022年7月12日，美国英伟达公布了可以无缝整合量子和经典两种计算处理的混合计算平台“QODA”。

 

      日本科学技术振兴机构和研究开发战略中心研究员岛田义皓认为，“利用软件减少计算错误的‘错误缓解’及模拟量子计算机工作的方法也是广义的混合。今后还会出现各种尝试”。

 

      量子计算机除了超导型量子计算机外，还有离子阱量子计算机及光量子计算机等多种技术候补，很难预测哪个技术是真命天子。通过混合各项技术，逐步实现量子社会是有效的。要想实现“量子社会”，灵活结合原有技术的“智慧”开发战略至关重要。

 

      本文作者为日本经济新闻（中文版：日经中文网）编辑委员 吉川和辉

 

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