量子计算机刚刚击败了经典计算机——绝对地呈指数级优势。 （注：严格遵循以下技术细节处理： 1. "Exponentially" 译为"呈指数级"以保留计算复

一个关键障碍是噪声，即量子计算机在计算过程中产生的错误——这实际上使得它们比经典计算机能力更弱——这种情况直到最近才有所改变。

南加州大学维特比工程学院维特比工程讲席教授、电气与计算工程教授丹尼尔·利达尔（Daniel Lidar）持续致力于量子纠错研究。在一项与南加州大学及约翰霍普金斯大学合作者共同完成的新研究中，他利用两台基于IBM Quantum Eagle处理器（127量子比特）并通过云端运行的量子计算机，成功展示了量子指数级扩展优势。该论文《阿贝尔隐藏子群问题的算法量子加速演示》已发表在APS旗舰期刊《物理评论X》（Physical Review X）上。

"此前已有过更温和加速类型的演示，例如多项式加速，"利达尔表示（他同时是Quantum Elements公司的联合创始人），"但指数级加速是我们期待量子计算机实现的最引人注目的加速类型。"

利达尔指出，量子计算的关键里程碑始终是证明我们能够执行完整算法，并实现相对于传统'经典'计算机的扩展性加速。

他澄清道，扩展性加速并非指运算速度提升百倍。"而是指当通过增加变量来扩大问题规模时，量子与经典性能之间的差距会持续扩大。指数级加速意味着每增加一个变量，性能差距大约翻倍。更重要的是，我们展示的加速是无条件的。"

利达尔解释称，"无条件"加速意味着它不依赖任何未经证实的假设。此前的加速声明需要基于"不存在更优经典算法作为量子算法基准"的假设。而利达尔领导的团队使用一种经过修改的量子算法，解决了"西蒙问题"的变体。该问题作为量子算法的早期范例，理论上能够无条件地以指数级速度超越任何经典方法完成任务。

西蒙问题涉及发现数学函数中的隐藏重复模式，被认为是著名的肖尔（Shor）分解算法的先驱——后者可用于破译密码并开创了整个量子计算领域。西蒙问题类似于猜谜游戏：玩家尝试猜测仅游戏主机（"预言机"）知晓的秘数。当玩家猜中两个使预言机返回相同答案的数字时，秘数即被揭示，该玩家获胜。量子玩家赢得此游戏的速度可比经典玩家快指数级。

那么团队如何实现指数级加速？第一作者、南加州大学博士生研究员帕塔拉蓬·辛加尼帕（Phattharaporn Singkanipa）表示："关键在于榨取硬件的每分性能：更短的电路、更智能的脉冲序列以及统计误差缓解。"

研究人员通过四种方式达成目标：

首先，通过限制允许的秘数数量（技术上通过限定秘数集合二进制表示中1的数量）来缩减数据输入。这减少了所需的量子逻辑操作，从而降低了错误累积的机会。

其次，使用称为"转译"（transpilation）的方法尽可能压缩所需的量子逻辑操作数量。

第三（最关键的是），研究人员应用了"动态解耦"（dynamical decoupling）技术：通过施加精心设计的脉冲序列，使量子计算机内的量子比特行为与其嘈杂环境分离，从而确保量子处理正常运行。动态解耦对展示量子加速能力产生了最显著的影响。

最后，他们采用"测量误差缓解"技术：该方法可发现并修正因量子比特状态测量缺陷而在动态解耦后残留的特定错误。

身兼南加州大学多恩西夫文理学院化学与物理教授的利达尔强调："量子计算界正在展示量子处理器如何在特定任务中开始超越经典处理器，并进入经典计算根本无法企及的领域。我们的结果表明，当今的量子计算机已稳固地位于扩展量子优势的阵营。"

他补充道："这项新研究使性能差异不可逆转——因为我们首次展示了无条件的指数级加速。"换言之，量子性能优势正日益难以撼动。

后续方向：

利达尔谨慎指出："该成果除赢得猜谜游戏外尚无实际应用，在宣称量子计算机能解决实际现实问题前仍需大量工作。"

这需要展示不依赖预先知晓答案的"预言机"的加速，并在进一步降低更大规模量子计算机噪声和退相干的方法上取得重大进展。尽管如此，量子计算机提供指数级加速的"纸上承诺"如今已得到坚实验证。

披露声明：南加州大学是IBM量子创新中心。Quantum Elements公司是IBM量子网络中的初创企业。