量子计算机有可能解决，即使是最强大的超级计算机也无法解决的问题，但它们需要一种全新的编程和创建算法的方法。

大学和主要科技公司正在带头研究如何开发这些新算法。在赫尔辛基大学、阿尔托大学、图尔库大学和 IBM Research Europe-Zurich 最近的合作中，一组研究人员开发了一种新方法来加速量子计算机的计算。结果发表在美国物理学会的PRX Quantum杂志上。

无花果。1.自适应测量方案。该草图表示变分算法的典型测量步骤。ansatz 准备了一个状态 |ψ(θ)（绿色框），必须对其评估一些可观察的 O 的平均值。我们的算法是这个过程中一个有效的测量子程序。它依赖于使用辅助量子位（红色框）实现的参数化信息完整 POVM（紫色框）。这些在附录 A 中有详细解释。最初，我们首先使用与参数 x1 对应的 POVM 执行 S1 测量，并获得 S1 结果 m1, ... , mS1 。测量数据在经典设备（蓝色框）上进行了两次有效的后处理，具有两个不同的目标。首先，我们估计可观测值的均值 O¯ 1 和相应的估计误差 V¯1，如第 2 节所述。III A. 其次，我们在 POVM 参数空间中计算估计方差 ∇xVar(ωm) 的梯度，从而为迭代 2 找到更好的 POVM。在每一步 t，变量 ¯O¯ 和 ¯V¯ 整合所有对 t ≤ t 的估计，同时最小化总体统计误差（参见第 III C 节和附录 D）。迭代重复该过程，直到 ¯V¯ 低于某个所需的阈值。图片来源：DOI：10.1103/PRXQuantum.2.040342

“与使用位来存储 1 和 0 的经典计算机不同，信息以量子态或波函数的形式存储在量子处理器的量子位中，”物理系博士后研究员 Guillermo García-Pérez 说。赫尔辛基大学，论文的第一作者。

因此需要特殊的程序来从量子计算机中读取数据。量子算法还需要一组输入（例如作为实数提供），以及要在某个参考初始状态上执行的操作列表。

“实际上，所使用的量子态通常无法在传统计算机上重建，因此必须通过执行特定观察（量子物理学家将其称为测量）来提取有用的见解，”加西亚-佩雷斯说。

问题在于量子计算机的许多流行应用（例如所谓的变分量子特征求解器，可用于克服化学研究中的重要限制，例如药物发现）需要进行大量测量。众所周知，即使只需要部分信息，所需的计算量也会随着想要模拟的系统的规模而迅速增加。这使得该过程难以扩展，减慢计算并消耗大量计算资源。

García-Pérez 和合著者提出的方法使用广义的量子测量类，在整个计算过程中都进行了调整，以便有效地提取存储在量子态中的信息。这大大减少了迭代次数，从而减少了获得高精度模拟所需的时间和计算成本。

该方法可以重用以前的测量结果并调整自己的设置。随后的运行越来越准确，并且可以一次又一次地重复使用收集到的数据来计算系统的其他属性，而不会产生额外的成本。

“我们通过结合所有产生的数据来充分利用每个样本。同时，我们对测量进行微调，以对所研究的数量进行高度准确的估计，例如感兴趣分子的能量。将这些成分放入总之，我们可以将预期运行时间减少几个数量级，”García-Pérez 说。