为了使量子计算机被认为是可行的，量子计算机需要成功且可验证地执行在任何经典计算机上都难以完成的任务——这种情况被称为“量子优势”。然而，随着量子计算机和经典计算机算法的改进，很难划清量子计算机占优势的界限。

由英国布里斯托大学的研究人员带头进行的一项研究最新进展表明，经典机器可以比以前想象的更快地解决一项“艰巨”的任务，从而使量子计算机和经典计算机的竞争更上一层楼。尽管量子计算机仍然处于领先地位，但布里斯托团队的新算法将经典计算机和量子计算机之间的差距缩小了大约九个数量级。

光子优势

2020 年底，中国科学技术大学 (USTC) 的实验人员报告说，他们使用一种称为高斯玻色子采样(GBS) 的技术证明了量子优势。他们的实验基于这样一种想法，即在某些设置中对量子态产生的概率分布进行采样的任务对于经典计算机来说是难以处理的。

在GBS中，概率分布来自一组穿过光路的光子。当光子穿过电路时，它们会在被测量之前相互干扰。随着光学电路的尺寸和光子数量的增加，计算输出测量的统计数据对于经典计算机来说变得更加困难。在短短几分钟内，中国科学技术大学团队构建的量子装置就成功计算出一台经典机器预计需要数百万年才能计算出的东西。

“经典”加速

布里斯托量子工程技术实验室(QET Labs)的一个团队与伦敦帝国理工学院和惠普企业的同事一起接受了挑战，并想出了一种减少经典计算机运行时间的方法来解决同样的问题。问题。他们在最近发表在《科学进展》杂志上的一篇论文中表明，可以在短短几个月内模拟中国科学技术大学的实验——与之前的估计相比，速度提高了大约10亿倍。

这一新结果对GBS模拟中使用的几种算法进行了全面检查，并输出了实验结果，并可以随意添加噪声和误差。这种额外的能力使它有别于许多其他以效率为中心的仿真算法，后者往往明确地依赖错误影响物理实验输出的方式来实现更快的仿真时间。在GBS的经典模拟中添加代表实验损失的噪声模型已被证明可以降低其复杂性，从而缩短其运行时间。

影响和展望未来

根据布里斯托大学博士生、该研究的主要作者Jacob F Bulmer的说法，这些实验和模拟的目标不是解决特定的现实问题。相反，它是为了更好地理解和展示量子优势的标准。虽然新结果仍然没有比量子实验快，但它在以前认为对经典计算机“困难”的问题上戳了个洞，并提高了未来实验的标准。

“我认为主要的含义是我们提供了一个明确的基准，GBS实验应该与之进行比较，”Bulmer 解释说。“我希望从现在开始，GBS的任何新进展都将包括与我们的方法的比较，这些方法是用于精确模拟GBS 的最快经典算法。”

量子优势的竞赛还没有结束。在经典方面，布里斯托尔的研究人员尚未充分利用实验装置的噪音和缺陷，以进一步加快模拟速度。与此同时，量子技术继续领先。2021年10月，USTC小组在《物理评论快报》中报告了新结果，大大超过了他们2020年的调查结果。尽管中科大团队没有针对新的经典算法提供基准，但双方都取得了进步，但量子优势对GBS的真正意义还有待观察。

论文参考链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl9236

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.180502

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