快速阅读: 据媒体报道，IBM Quantum等机构利用91量子比特处理器，在未使用全规模纠错的情况下成功复现了量子混沌特征。研究通过张量网络误差缓解技术修正噪声影响，验证了含噪设备在多体物理研究中的潜力，并提出对偶酉电路可作为实用性能基准。
近日，一项发表于《自然·物理学》的研究显示，科研团队利用一台91量子比特的超导量子处理器，在未依赖全规模量子纠错的情况下，成功复现了量子混沌的典型特征。该成果表明，当前含噪声的中等规模量子设备或可在容错量子计算机问世前，用于可靠研究复杂的多体物理问题。
此次实验由IBM Quantum、Algorithmiq公司及都柏林圣三一学院等机构合作完成。研究团队采用一种特殊设计的“对偶酉电路”——这类量子线路兼具强混沌性与理论可解性，并在IBM超导量子芯片上执行了超过4000个双量子比特门操作。研究人员通过测量系统在扰动后信息传播的“无限温度自关联函数”，追踪信号随时间衰减的规律。
原始实验数据因硬件噪声导致信号衰减过快，明显偏离理论预测。但经张量网络误差缓解技术处理后，结果与精确理论曲线高度吻合。这一验证覆盖51至91量子比特的不同规模，并涵盖从可积到强混沌的多种参数区域。
误差缓解技术并不试图在硬件层面消除错误，而是在计算完成后通过经典后处理统计修正结果，从而以增加经典算力为代价，降低对量子资源的需求。研究团队表示，最大规模实验的全流程——包括噪声表征、数据采集与误差缓解——耗时仅三小时余，采样速率超过每秒1000次。
该工作不仅证实误差缓解在非Clifford电路中的有效性，还提出对偶酉电路可作为实用基准，用于评估容错前量子设备的性能。相较于易被经典模拟的Clifford电路，此类电路更贴近真实科研任务；又因其部分可观测量具备解析解，避免了完全混沌系统难以验证的困境。未来，相关方法有望助力材料科学、药物研发及复杂系统优化等领域。
由于问题规模庞大，传统经典模拟不可行，研究团队转而采用两种近似张量网络方法进行对比：一种追踪量子态演化，另一种追踪算符演化。即便在高数值精度下，二者结果仍存在分歧。而经误差缓解处理的量子实验数据更接近基于算符的经典模拟结果，表明当前量子设备在特定场景下可辅助验证经典方法的准确性。
该研究提出的核心技术名为“张量网络误差缓解”（TEM）。其原理并非修改量子线路，而是通过学习硬件噪声模型——特别是双量子比特门引入的误差——重构待测物理量。实验中，量子处理器运行原始线路，经典张量网络则反推理想无噪情况下的期望值。借助信息完备的测量策略（即在多次运行中随机切换测量基），研究人员从含噪数据中成功估计出修正后的可观测量。
团队指出，TEM无法消除所有误差，其效果依赖于噪声建模精度及张量网络对关联结构的捕捉能力。随着线路深度增加，微小模型偏差可能累积，导致残余系统误差。此外，所选可观测量主要适用于具有对偶酉性质和类光锥信息传播的电路，其他物理量如广义关联函数或纠缠度量可能需更多采样资源。
研究人员强调，误差缓解不能替代容错量子计算，其适用性受限于硬件稳定性与噪声水平。未来，此类方法有望用于研究驱动量子系统中的输运、局域化与热化现象，并可推广至离子阱、中性原子等其他量子平台。随着硬件持续改进，结合误差缓解与解析结构的量子模拟，或将在多体物理特定领域超越经典方法。
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引用自：TQI量子资讯网站
