量子計算機解開“繩結”數學難題

科技日報訊 （記者張佳欣）量子計算機在解決拓撲學難題上展現出巨大潛力。據英國《自然》網站日前報道，總部位於英國劍橋的Quantinuum公司研究人員在arXiv網站發佈預印本論文稱，他們可利用量子計算機H2-2根據拓撲特性區分不同類型的繩結，且速度可能超越經典計算機。

研究團隊利用量子算法計算繩結的“瓊斯不變量”（描述繩結拓撲特性的數值）。該算法由數學家弗加恩·瓊斯與計算機科學家多麗特·阿哈羅諾夫、澤夫·蘭道提出，可通過模擬繩結交叉點對應的量子操作實現。團隊已在H2-2上計算了含600個交叉點的瓊斯不變量，並預期未來設備可處理約3000個交叉點，超越經典計算機能力。

從數學上講，繩結交叉點與量子算法之間的理論等價性已經為人所知數十年，但直到現在才由該團隊完全付諸實踐。

團隊表示，這一技術可用於檢查量子計算機是否工作正常，方法是對比同一種繩結的兩種不同展開方式所得到的數字。這解決了量子計算的一個重要問題，即量子優勢意味着有一天經典計算機將無法交叉驗證量子計算的結果。

Quantinuum公司首席產品官伊利亞斯·汗表示，預計將於今年晚些時候推出的量子計算機Helios，或將在分析極端複雜繩結方面進一步突破經典超級計算機的限制。

團隊還認為，其他的拓撲學問題也可能適合量子計算，量子糾纏態的集體特性及局部變化下保持量子信息的性質，與拓撲學研究的幾何不變性高度契合。隨着量子硬件的發展，拓撲學難題或將成為驗證量子計算機實用價值的重要領域。