IBM推出“零噪声外推”的技术，以减轻量子计算的噪声

2月28日消息，据外媒报道，IBM开发了一种名为“零噪声外推”的技术，可以减轻量子计算的噪声。研究人员在不同的噪声水平下进行重复计算，可以估算出在没有噪声干扰的情况下量子计算机的计算结果。该研究已发表在《自然》杂志上。

在不同的噪声水平下测量的单个量子位轨迹(红色、绿色)以及用于估计误差减轻的轨迹(蓝色)

二进制数位是计算机中表示信息的基本单位，“位”只能表示0或1。量子比特(量子位)构成了量子计算，量子位不仅可以表示0或1，还可以表示这两者的某种组合(叠加状态)。量子计算机能够执行传统计算机无法完成的任务。但今天的量子计算机存在一个很大的问题，就是量子计算过程中有噪声，这些噪声来自量子比特内的热量、来自基本的量子力学过程的随机波动都有可能会干扰量子比特的状态，从而造成计算错误。

因此，减少误差和降低噪声是提高量子计算机实用性的关键。IBM称其“噪声放大”技术提高了量子计算的准确性。最重要的是，这都是在不需要硬件改进的情况下实现的。

IBM的研究人员表示，他们已经发现在不同的噪声水平下重复计算，可以估算出量子计算机在没有噪声的情况下会得出什么样的结果。具体来说，就是用于在量子位上执行量子操作的微波脉冲被“时间拉伸”，进行可控制地放大噪声。

在有噪声的量子硬件上的计算受到退相干和电路深度之间的竞争的限制。增加电路深度可以帮助创建更复杂的量子态，但是，这通常意味着增强了退相干误差。零噪声外推技术减轻了退相干效应，与此同时，得益于增加的电路深度，可以进行更复杂和准确的计算。

左侧为2017年研究结果，右侧为2019年研究结果

IBM研究人员声称，零噪声外推可以用来改善任何依赖于期望值的量子计算。在他们的论文中，他们展示了在2017年发表在英国《自然》杂志上的研究——IBM在自己的超导量子设备上实现了一种新的量子算法，这种算法可以模拟真实分子，能够高效精确地计算出小分子电子的最低能态(energy state)。此外，在2019年3月早些时候，IBM发表在《自然》杂志上的论文展示了现代量子计算机是如何从数据中进行学习的。论文表明，传统计算机可以将数据映射到只存在量子态的空间中，实现监督式学习。

尽管如此，他们承认这些改进并不是无限的，最终会受到处理器的一致性属性的限制。