傳統計算機使用以”0″和”1″表示的比特來傳輸信息，而量子計算機則使用量子比特（量子比特）。與比特類似，量子比特也有兩種主要狀態或值，即0 和1： 然而，與比特不同的是，量子比特可以同時處於兩種狀態。

研究人員推出了一種名為”任意環境自動壓縮（ACE）”的新算法，旨在研究量子比特與周圍環境的相互作用以及隨之而來的量子態變化。這種算法以費曼對量子力學的解釋為基礎，通過簡化量子動力學的計算，為理解和利用量子系統提供了新的途徑。其潛在應用包括量子電話和計算的進步，以及對量子相干性和糾纏的更精確預測。雖然這看起來像是一個令人費解的悖論，但我們可以用一枚硬幣做一個簡單的類比來解釋。經典的比特可以表示為一枚正面朝上或反面朝上（1 或0）的硬幣，而量子比特可以看作是一枚旋轉的硬幣，它也有正面和反面，但只有當它停止旋轉，即失去其原始狀態時，才能確定它是正面朝上還是反面朝上。

當旋轉的硬幣停止時，它可以作為量子測量的類比，即從量子比特的兩種狀態中選擇一種。在量子計算中，不同的量子比特必須聯繫在一起，例如一個量子比特的0（1）態必須與另一個量子比特的0（1）態唯一相關。當兩個或兩個以上物體的量子態相互關聯時，就稱為量子糾纏。量子糾纏的挑戰量子計算的主要困難在於量子比特被環境包圍並與之相互作用。這種相互作用會導致量子比特的量子糾纏退化，從而導致它們之間的不糾纏。用兩枚硬幣做類比有助於理解這一概念。如果同時旋轉兩枚完全相同的硬幣，然後在短暫的時間後停止，那麼它們最終可能都會出現相同的一面，要么是正面，要么是反面。旋轉硬幣之間的這種同步性可以比作量子糾纏。但是，如果硬幣繼續旋轉的時間更長，它們最終會失去同步性，不再是同一面朝上–正面朝上或反面朝上。失去同步性是因為旋轉的硬幣逐漸失去能量，主要是由於與桌面的摩擦，而每枚硬幣都以獨特的方式失去能量。在量子世界中，摩擦或與環境相互作用導致的能量損失最終會導致量子退相干，即量子比特之間失去同步性。這會導致量子比特失相，即量子態的相位（由硬幣的旋轉角度表示）隨時間隨機變化，從而導致量子信息丟失，使量子計算成為不可能。高效表示的識別是全自動的，不依賴於任何先驗近似或假設。資料來源：阿列克謝-瓦戈夫量子相干與動力學目前，許多研究人員面臨的一個關鍵挑戰是如何在較長時間內保持量子相干性。這可以通過精確描述量子態隨時間的演變（也稱為量子動力學）來實現。來自MIEM HSE 量子超材料中心的科學家與來自德國和英國的同事合作，提出了一種名為”任意環境自動壓縮”（ACE）的算法，作為研究量子比特與其環境的相互作用以及量子態隨時間變化的解決方案。洞察量子動力學“環境中振動模式或自由度的數量幾乎是無限的，這使得量子動力學的計算特別具有挑戰性。事實上，這項任務涉及計算單個量子系統的動力學，而它周圍還有數以萬億計的其他量子系統。在這種情況下，直接計算是不可能的，因為任何計算機都無法處理。然而，並非所有的環境變化都具有同等重要性：那些與我們的量子系統保持足夠距離的變化無法對其動力學產生重大影響。將環境自由度分為’相關’和’不相關’是我們方法的基礎，”論文合著者、MIEM HSE 量子超材料中心主任阿列克謝-瓦戈夫（ Alexei Vagov）說。費曼解釋和ACE 算法根據美國著名物理學家理查德-費曼（Richard Feynman）提出的量子力學解釋，計算一個系統的量子態涉及到計算該狀態所有可能實現方式的總和。這種解釋假定量子粒子（系統）可以向所有可能的方向運動，包括向前或向後，向右或向左，甚至回到過去。必須將所有這些軌蹟的量子概率相加，才能計算出粒子的最終狀態。“問題在於，即使是一個粒子也有太多可能的軌跡，更不用說整個環境了。我們的算法可以只考慮對量子比特動力學有重大貢獻的軌跡，而忽略那些貢獻微不足道的軌跡。在我們的方法中，量子比特及其環境的演化由張量來捕捉，張量是描述整個系統在不同時間點的狀態的矩陣或數表。然後，我們只選擇張量中與系統動力學相關的部分。ACE 算法的意義研究人員強調，”任意環境自動壓縮”算法是公開的，並以計算機代碼的形式實現。作者認為，它為精確計算多個量子系統的動力學提供了全新的可能性。特別是，這種方法可以估算出量子通信線路中糾纏的光子對解除糾纏的時間、量子粒子可以”遠距離傳送”的距離，或者量子計算機的量子比特失去一致性所需的時間。