主題：量子計算機解開“繩結(jié)”數(shù)學(xué)難題


2025年04月16日 07:43 來源： 科技日報

　　量子計算機在解決拓撲學(xué)難題上展現(xiàn)出巨大潛力。據(jù)英國《自然》網(wǎng)站日前報道，總部位于英國劍橋的Quantinuum公司研究人員在arXiv網(wǎng)站發(fā)布預(yù)印本論文稱，他們可利用量子計算機H2-2根據(jù)拓撲特性區(qū)分不同類型的繩結(jié)，且速度可能超越經(jīng)典計算機。

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

　　從數(shù)學(xué)上講，繩結(jié)交叉點與量子算法之間的理論等價性已經(jīng)為人所知數(shù)十年，但直到現(xiàn)在才由該團隊完全付諸實踐。

　　團隊表示，這一技術(shù)可用于檢查量子計算機是否工作正常，方法是對比同一種繩結(jié)的兩種不同展開方式所得到的數(shù)字。這解決了量子計算的一個重要問題，即量子優(yōu)勢意味著有一天經(jīng)典計算機將無法交叉驗證量子計算的結(jié)果。

　　Quantinuum公司首席產(chǎn)品官伊利亞斯·汗表示，預(yù)計將于今年晚些時候推出的量子計算機Helios，或?qū)⒃诜治鰳O端復(fù)雜繩結(jié)方面進一步突破經(jīng)典超級計算機的限制。

　　團隊還認為，其他的拓撲學(xué)問題也可能適合量子計算，量子糾纏態(tài)的集體特性及局部變化下保持量子信息的性質(zhì)，與拓撲學(xué)研究的幾何不變性高度契合。隨著量子硬件的發(fā)展，拓撲學(xué)難題或?qū)⒊蔀轵炞C量子計算機實用價值的重要領(lǐng)域。

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