南加州大學的研究人員應用策略來控制錯誤的累積，展示了量子計算在容易出錯的NISQ 時代的前景。南加州大學維特比工程學教授兼南加州大學量子信息科學與技術中心主任Daniel Lidar 和第一作者IBM Quantum 研究科學家Bibek Pokharel 博士在“位串”的背景下實現了一類量子加速優勢- 猜謎遊戲。”

科學家們通過有效抑制位串猜謎遊戲中的錯誤，管理長達26 位的字符串，實現了量子加速。 他們表明，通過適當的錯誤控制，即使在當前嘈雜的量子計算時代，量子計算機也能以比傳統計算機更好的時間尺度執行完整算法。

通過有效地減少在這個級別經常遇到的錯誤，他們成功地管理了長達26 位的位串，比以前可能的要大得多。（對於上下文，一位指的是二進制數，可以是零或一）。

量子計算機有望解決某些問題，其優勢會隨著問題複雜性的增加而增加。但是，它們也極易出錯或產生噪音。Lidar 表示，挑戰在於“在當今量子計算機仍然’嘈雜’的現實世界中獲得優勢。”

當前量子計算的這種容易產生噪聲的條件被稱為“NISQ”（噪聲中級量子）時代，該術語改編自用於描述經典計算設備的RISC 架構。因此，任何現有的量子速度優勢證明都需要降噪。

一個問題的未知變量越多，計算機通常就越難解決。學者們可以通過玩一種遊戲來評估計算機的性能，以了解算法猜測隱藏信息的速度有多快。例如，想像一下電視遊戲Jeopardy 的一個版本，參賽者輪流猜測一個已知長度的秘密單詞，一次一個完整的單詞。在隨機更改秘密單詞之前，主持人只為每個猜出的單詞顯示一個正確的字母。

在他們的研究中，研究人員用位串替換了單詞。一台經典計算機平均需要大約3300 萬次猜測才能正確識別26 位字符串。相比之下，一台功能完美的量子計算機，在量子疊加中提出猜測，只需一次猜測就可以確定正確答案。這種效率來自運行25 多年前由計算機科學家Ethan Bernstein 和Umesh Vazirani 開發的量子算法。然而，噪聲會顯著阻礙這種指數量子優勢。

激光雷達和Pokharel 通過採用稱為動態去耦的噪聲抑制技術實現了量子加速。他們花了一年的時間進行實驗，Pokharel 在USC 的激光雷達下擔任博士生。最初，應用動態解耦似乎會降低性能。然而，經過多次改進後，量子算法按預期運行。解決問題的時間比任何經典計算機都慢，隨著問題變得越來越複雜，量子優勢變得越來越明顯。

激光雷達指出，“目前，經典計算機仍然可以絕對地更快地解決問題。” 換句話說，報告的優勢是根據找到解決方案所需的時間尺度而不是絕對時間來衡量的。這意味著對於足夠長的位串，量子解決方案最終會更快。

該研究最終表明，通過適當的錯誤控制，即使在NISQ 時代，量子計算機也可以執行完整的算法，並且比傳統計算機更能縮短尋找解決方案所需的時間。