美团队用经典计算机破量子计算难题，开辟研究新路径

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科技日报于5月21日在北京发布消息，此消息由记者张梦然报道。一项重大突破正式发布，该突破挑战了人们对量子计算优越性的认知。美国熨斗研究所量子物理中心，也就是CCQ，联合波士顿大学团队，在最新一期的《科学》杂志上发文昭告。他们凭借开发新型算法工具，借助经典计算机成功攻克了一个复杂量子动力学问题，此问题曾被判定为只有量子计算机才能解决。他们以极低的算力成本，开拓出了量子物理研究的全新路径。

这个研究，所针对的是，由数百个量子比特构成的晶格系统模拟方面的难题。今年3月的时候，《科学》曾经发表了一项量子计算相关研究，该研究宣称，借助量子硬件首次达成了对复杂量子比特系统动力学的精确计算，并且还表示，经典计算机很难达到同等的高度。而在此次，团队放弃了对下一代量子硬件的依靠，而是转向深入钻研数十年前的数学积累，通过研发基于张量网络的新型演算法工具，成功解决了这一不可能完成的任务。

对于“波函数”进行高效处理，这是研究的核心所在。在量子多体系统里，粒子之间存在着强关联与纠缠，这致使描述系统状态的波函数规模会随着粒子数不断增加，呈现出指数级的暴增态势，远远超出了经典存储的极限范围。团队借助一种叫做“波函数压缩文件”的张量网络，把海量信息编码成相互有关联的张量结构。更加让人感到意外的是，团队重新拾起了上世纪80年代的“信念传播算法”，并且把它创新性地施加运用到量子系统模拟当中。这种展现出惊人效率的组合策略是，他们仅用个人笔记本电脑，就完成了此前觉得必须依靠超级量子计算机才能开展的运算，并且在三维晶格模拟里，达到了和理论预测以及先前量子实验结果完全相符的精度。

这一突破，或许会对“量子优越性”的技术叙事造成动摇，长久以来，量子计算一直被当作是模拟诸多前沿课题的唯一途径，此次研究显示，经典计算的潜力远远没有被充分发掘，借由数学工具的革新，传统机器依旧拥有解决顶级科学问题的能力，这不但极大地降低了科研门槛，还为量子动力学研究提供了独立于量子硬件的验证基准。

团队透露，当下的工作只是起点，他们已把目光投向更具挑战性的电子动力学模拟，这类问题与对量子材料本质的理解直接相关，经典算法的突破会为量子计算提供重要参照和指引，共同推动人类对微观世界的探索。

【总编辑圈点】

这次的突破，是针对“量子优越性”这一神话，进行了一次祛魅。它表明了一个常常被忽视掉的事实，即算力竞争方面的瓶颈，通常不是在硬件那里，而是在于算法以及数学工具，它们在创新这块儿。这项研究证实了，经典计算当中，仍然蕴含着巨大的潜力，尚未被完全充分挖掘出来。然而，我们必须要警惕另外一种极端情况，就是不能因为这样一个成果，就去否定量子计算在长期所具有的价值。未来的关键之处，不在于“谁取代谁”这个问题，而在于构建起混合生态。也就是说，利用量子硬件去攻克极端复杂的问题，与此同时，凭借经典算法突破，持续不断地抬高参照系。这种“合作”才是微观和宏观世界探索的正确路径。

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