关于量子算法，你了解多少？
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量子计算的想法起源于二十世纪八十年代 ， 当时科学家们描述了使用量子力学系统执行计算的愿景 ， 无论算法设计者的独创性如何 ， 某些问题仍然遥不可及 。 并非所有的量子力学系统都难以模拟 。 其中一些具有易于计算的精确解 ， 而另一些则具有非常聪明的计算捷径 ， 可以得出近似解 。
然而 ， 事实证明 ， 模拟一般的量子力学系统是困难的 。 正如费曼和马宁所设想的那样 ， 量子计算机本身可以通过量子力学来绕过指数成本的障碍 。 在同一年中 ， 科学家发展了量子力学计算的抽象模型 ， 提出了一个仍然悬而未决的问题：“在哪些问题上 ， 量子计算机可以比最著名的经典算法？”受这个问题的启发 ， 二十世纪九十年代的研究人员开发了几种具有重要意义的量子算法 。 这些算法不仅解决了各自的问题 ， 而且比最著名的经典算法具有可证明的加速 ， 而且还为开发后续算法提供了有意义的框架 。
广义上讲 ， 对于给定的哈密顿量H ， 哈密顿量模拟是使用可以在量子计算机上执行的基本操作有效且准确的实现 。 自从二十世纪九十年代的这些早期工作以来 ， 哈密顿模拟已经发展成为量子计算的一个重要子领域 ， 为进一步开发量子算法提供了许多有价值的见解 。 作为一个突出的例子 ， 高效执行哈密顿量模拟的能力 ， 与另一种称为量子相位估计算法的技术结合使用 ， 以有效地获得量子系统的本征能和本征态 。
第一个量子算法特别适用于量子化学早在二十世纪九十年代后期就出现了 。 其中包括 ， 模拟费米子哈密顿量和有效计算热速率常数的量子算法 。 二十一世纪的前十年 ， 见证了第一个基于量子相位估计算法见解的量子化学量子算法 ， 例如 ， 开发的量子算法用于计算在经典计算机上具有指数加速的分子光谱 。 这项工作的基本思想是使用哈密顿模拟技术来有效地模拟量子分子哈密顿的动力学 ， 并应用量子相位估计算法来提取本征能 。 自这些最初的贡献以来 ， 出现了一系列结果 ， 这些结果解决了各种形式的量子化学问题 ， 这些算法的量子计算成本不断降低 。
然而 ， 人们普遍认为这些算法的实际实施还需要几十年的时间 ， 因为它们需要可扩展的纠错量子计算机 。 这种观点促使研究人员问：“我们可以用中等大小且没有纠错的近期量子计算机解决哪些问题？”这种设备越来越多地被称为有噪声的中尺度量子设备 。 这个问题导致了变分量子算法的新范式 。 该方法引起了量子计算中理论和实验社区的大量关注 。 简而言之 ， 变分量子算法利用一种混合方法 ， 涉及量子计算机和经典计算机协同工作 。
【关于量子算法，你了解多少？】
与基于量子相位估计算法的算法 ， 需要量子计算机执行长序列操作不同 ， 在变分量子算法框架中 ， 量子计算机只需要执行短序列操作 。 这样 ， 部分地规避了当今硬件的缺点 ， 使用变分量子算法 ， 每个操作都有可以由经典计算机设置的参数 。 通过将部分计算卸载到经典计算机上 ， 变分量子算法是一种比基于量子相位估计算法的算法更实用的替代方案 。 世界各地的不同的实验组已经在他们的物理系统上实现了各种变分量子算法 。
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