在探索未来超级计算机潜能的征途上，量子模拟的模数方法正逐步崭露头角，被视为超越经典计算边界的关键一步。
近期，谷歌量子研究团队公布了一项创新成果，他们融合模拟与数字技术的优势，开创了一种全新的量子模拟策略，为评估未来超级计算机的性能开辟了新途径。这一研究成果已在《自然》杂志上发表，引起了学术界的广泛关注。
该团队利用一个包含69个超导量子比特的模拟器，验证了其方法的有效性。研究的主要贡献者，谷歌量子人工智能研究科学家特隆·安德森在新闻发布会上难掩激动之情：“我们相信，这一发现为量子计算机的应用开辟了一条前所未有的道路，将解锁那些即便是当今世界上最快的经典计算机也无法触及的新领域。”
量子计算机的核心——量子比特，虽在功能上与传统计算机的比特相似，但其运作环境却极为苛刻，需在极低的温度下维持量子状态。噪声的干扰足以让量子运算瞬间崩溃。因此，物理学家们正致力于开发容错性更强的量子计算机，以期实现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各有千秋。数字模拟通过逐一耦合量子比特构建系统，灵活性强；而模拟模拟则连续监测所有量子比特间的动态，更贴近真实量子世界的快速变化。安德森指出：“我们追求的，是将这两者的优势完美结合。”
实践中，谷歌团队先以数字门制备量子态，赋予系统初始灵活性；随后转换为模拟模式，让系统迅速进化至有趣的量子态；最后，再切换回数字模式，以更全面的视角研究系统状态。这一创新策略不仅提高了模拟效率，还揭示了量子模拟与经典预测之间的差异。
具体而言，研究团队发现其模拟结果与Kibble-Zurek机制不符，该机制原本用于描述早期宇宙中的对称性破缺现象。安德森坦言：“起初，这一发现让我们感到困惑。但经过更多实验验证，我们确认这不是错误，而是全新的物理现象。”
量子研究的终极目标是开发出能够解决经典计算机无法胜任问题的量子计算机。为实现这一目标，科学家们正不断探索量子系统的有趣状态，同时努力减少系统噪声。谷歌团队已在Sycamore量子处理器上完成了初步实验，并计划在新一代Willow处理器上复制这一成果。
值得注意的是，尽管Sycamore曾在2019年展示了量子霸权，仅用200秒就解决了经典超级计算机需万年才能完成的任务；但Willow的性能更为卓越，其经典测试难度之大，即便是最快的经典超级计算机也需耗时十亿年。
谷歌团队不仅在经典状态下成功复制了量子模拟结果，还证明了量子系统在随机电路采样测试中的性能远超经典设备。随着Willow上模拟-数字测试的推进，量子模拟在复杂任务中的可行性正逐步得到验证。
谷歌正稳步迈向其六步量子路线图的第三个里程碑——纠错量子计算机的研发。尽管这一目标尚需时日，但团队首席科学家认为，量子技术的商业应用有望在五年内成为现实。尽管仍需谨慎乐观，但不可否认的是，研究人员在构建实用量子计算机的道路上已取得了显著进展。
