現(xiàn)在，美國國際商用機器公司（IBM）在一臺經(jīng)典的超級計算機中成功模擬了56量子比特的量子計算機，僅用了4.5兆兆字節(jié)。

在此之前，相關(guān)研究人員認為，49個量子比特已經(jīng)是目前的超級計算機的極限，無法模擬更多的量子比特。

研究人員將模擬任務(wù)劃分為多個并行的模塊，這樣他們可以同時使用一臺超級計算機的多個處理器，滿足模擬56個量子比特的量子計算機所需要的效率。

南加州大學(xué)（University of Southern California）的伊塔·亨（Itay Hen）表示：“美國國際商用機器公司打破了量子計算機49個量子比特的極限，這對擁有量子設(shè)備的人來說，他們失去了絕對的量子優(yōu)勢。”

最后一個量子態(tài)也是劃分模塊計算的，每個模塊涉及變化幅度的計算，總共有個模塊。在56個量子比特的電路中，最后一個量子態(tài)總共有個模塊，每個模塊的變化振幅只有。這意味著，相比之前的最后一個量子態(tài)計算，56個量子比特的電路模塊增多，而每個模塊變化幅度減小一個數(shù)量級，但是由于每個模塊可以并行計算，這樣只需要增加處理器的數(shù)目就可以加快計算的速度。

模擬的所有試驗結(jié)果都是通過勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory）的Vulcan超級計算機得到的，Vulcan超級計算機采用的是藍色基因Q（Blue Gene/ Q）系統(tǒng)。這次模擬并不是一次成功，在達到論文中描述的試驗結(jié)果之前，研究人員還進行了很多次額外的試驗，這部分沒有在論文中展現(xiàn)出來，總過程共耗時兩天。另外，深圳論壇空間 香港主機，這次模擬對超級計算機內(nèi)存的要求也很高，內(nèi)存需要擴展到4096個節(jié)點，并且每一次并行計算都至少要有64TB的內(nèi)存空間。

結(jié)論和未來工作展望

強大的計算能力還是要依賴于超級計算機，我們的貢獻主要是采用了新的電路模擬方法，通過這種模擬方法，超級計算機可以打破量子計算機無法被模擬的極限——50個量子比特。預(yù)料之中，我們模擬得到的試驗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)波特-托馬斯（Porter-Thomas）分布，這和通過普通隨機電路模擬得到的概率分布一致。這種分布是由分析49個量子比特電路所有量子態(tài)的所有模塊的模擬結(jié)果而得到的，現(xiàn)在證實這種分布和56個量子比特的電路得到的結(jié)果擬合的也很好。正如引言中提到，計算測量結(jié)果的量子幅度對評估量子器件的正確操作很重要，不過，這項研究還沒有探討這個應(yīng)用。

以前研究人員認為49個量子比特的隨機電路不可能在經(jīng)典計算機中實現(xiàn)模擬，現(xiàn)在，如果在內(nèi)存足夠的高端服務(wù)器上通過并行模塊模擬得到的數(shù)據(jù)結(jié)果也能很好地符合波特-托馬斯分布，那么是否意味著有這種可能，不需要借助超級計算機，也能夠?qū)崿F(xiàn)對量子設(shè)備測量結(jié)果進行常規(guī)的振幅計算。如果這真的可以實現(xiàn)的話，那最多又能進行到多少量子比特呢？當(dāng)然電路的深度也需要考慮。研究人員計劃從這兩方面進行全面探索。另外，張量模塊計算也勉強能實現(xiàn)并行化，因此，從理論上來講，利用高端服務(wù)器計算輸出振幅的電路，也可以使用足夠多的高端服務(wù)器，按照一定的分布，來實現(xiàn)整個計算和模擬。如此，這些計算不再局限于特定超級計算機的可用內(nèi)存上，甚至在原則上，我們完全可以在網(wǎng)絡(luò)云上進行這樣的模擬。不過，這類電路的計算程度還有待查證，而是否可以完全模擬的問題現(xiàn)在已經(jīng)變成了一個經(jīng)濟學(xué)問題，而不是一個物理角度的合理性問題。除了上述完整電路的計算可行性，張量模塊還可用于算法分析以及主動控制子回路的仿真，模塊的測量結(jié)果還可以作為電路剩余部分的動態(tài)輸出。

隨著目前量子計算技術(shù)的進步，50個量子比特系統(tǒng)不再遙遠。為了更好地實現(xiàn)量子器件各方面性能的評估和改善，我們需要一種能夠測試和評估量子器件逼真度的方法，這反過來又需要計算這個尺寸甚至更大尺寸器件的理想量子態(tài)的幅度。在這項研究中，研究人員提出了一種新方法，可以顯著地擴展經(jīng)典計算的邊界。

這個方法是這樣展示的：首先由量子比特二維格子（數(shù)學(xué)誤差處理）中深度為27的全隨機電路輸出完成的振幅，然后對這個結(jié)果進行計算模擬。研究人員進一步給出了深度為23的全隨機電路的任意模塊的計算結(jié)果，在這之前，由于內(nèi)存的問題，這些計算是不可能做到的，香港網(wǎng)存空間 北京主機，而利用這篇論文中提出的方法，上述兩次模擬分別只需要4.5和3.0TB來存儲計算數(shù)據(jù)，這對現(xiàn)有的經(jīng)典計算機是非常有利的。