在探索量子计算的广阔疆域中，一项创新的模数量子模拟方法为超级计算机的未来发展开辟了新的可能。这一突破性的进展由谷歌量子研究团队引领，他们巧妙地融合了模拟与数字技术的精髓。
该团队利用一个包含69个超导量子比特的模拟器，对他们的新方法进行了验证。这项研究成果在《自然》杂志上发表，揭示了模数混合方法相较于纯模拟和数字设备的显著优势，预示着这一方法或将引领物理学的新发现。
谷歌量子人工智能研究科学家特隆·安德森作为研究的主要作者，在新闻发布会上难掩激动之情。他表示，这一新方法可能是通往量子计算机新应用与发现的伟大道路，而这些应用与发现，即便是当今世界上最快的经典计算机也难以企及。
量子计算机中的量子位，虽然与经典计算机中的比特功能相似，但其运作条件却极为苛刻，通常需要在极低的温度下才能保持量子状态。过多的噪声会导致量子运算的崩溃。因此，物理学家们寄望于当前的系统与测试能为容错量子计算机的发展铺平道路，这种更强大的计算机能够进行更长时间的量子操作。
在量子模拟领域，数字模拟与模拟模拟是两种截然不同的方法。数字模拟通过逐步耦合量子位来构建量子系统，而模拟模拟则连续测量所有量子位之间的动态。谷歌团队的创新之处在于，他们结合了这两种方法的优势，实现了从数字到模拟，再从模拟到数字的灵活转换。
在实践中，团队首先利用数字门制备量子态，赋予系统初始状态的灵活性。随后，他们将系统转换为模拟模式，使量子态在噪声克服之前迅速演化。最后，再将系统还原为数字模式，以便更深入地研究量子态。
通过这一模数方法，研究团队发现了一些与现有理论预测不符的现象。特别是，他们的模拟结果与Kibble-Zurek机制存在差异。Kibble-Zurek机制原本用于描述早期宇宙中场的对称性破缺，但谷歌团队的模拟结果却与之大相径庭。起初，这令研究团队感到担忧，但经过更多实验后，他们确认这并不是错误，而是全新的物理学现象。
量子研究的终极目标是开发出能够解决经典计算机无法解决的问题的量子计算机。为了探索这样的计算机，科学家们需要深入探究量子系统，同时避免系统中积累过多噪声。谷歌团队的实验是在Sycamore量子处理器上进行的，该处理器虽已被Willow处理器取代，但仍为团队提供了宝贵的实验平台。
接下来，团队计划在Willow处理器上进行同样的模拟实验。值得注意的是，Willow处理器在量子测试中表现出色，其经典测试将耗费最快的经典超级计算机10亿年的时间。这表明，谷歌在量子计算领域正不断取得突破。
团队还成功在经典状态下复制了他们的量子模拟，并证明了量子系统在随机电路采样测试中的性能超越了经典设备的极限。这一成果进一步证明了模数设置在日益复杂的任务中的可行性。
谷歌正稳步迈向其六步量子路线图的第三个里程碑，即纠错量子计算机的研发。尽管这一目标可能还需数十年才能实现，但团队的首席科学家认为，量子技术的商业应用可能在五年内初见端倪。
尽管前路充满挑战，但谷歌量子研究团队在迈向有用量子计算机的道路上已取得了显著进展。让我们共同期待这一领域的更多突破。
