2026年7月30日——当量子计算机执行的运算超出经典计算单独所能达到的范围，且结果能够得到严格验证时，量子优势便应运而生。但这引出了一个根本性问题：当经典验证不再可行时，人们如何信任量子计算机的输出？

今天，芝加哥大学（UChicago）、Qedma和Algorithmiq的研究人员与IBM合作发表三篇论文，报告了基于旨在建立对量子计算信任的框架所实现的量子优势演示。

自量子计算出现以来，人们一直依赖经典计算机来验证量子计算机的输出。随着量子计算机开始为超出经典计算极限的问题产生结果，关于量子计算有效性的论证总是依赖于更小或更简单的问题实例，并将其外推到经典方法无法达到的复杂度。

然而，这些外推并不能在更复杂的“优势”区域中完全验证计算——噪声的影响或误差的传播可能截然不同。

这三篇论文只是量子优势追踪器（Quantum Advantage Tracker）所追踪的持续工作的一部分。目前，提交的候选成果包括来自Q-CTRL、BlueQubit、Birla Institute of Technology and Science, Pilani的候选方案，预计随着业界持续进行基准测试，这种反复交锋将继续下去。

验证随机电路采样问题的新方法

随机电路采样（RCS）已成为展示量子计算分离性的主要方法之一，因为精心构造的随机电路很快就会使经典模拟变得难以处理。但这种难度也带来了验证问题。

交叉熵基准测试（XEB）需要计算理想输出概率，对于最大规模的电路而言，这一成本可能高得令人望而却步。因此，早期实验通常依赖更小或更简化的电路来推断无法在全规模下直接检查的电路的性能。虽然这提供了对硬件性能的实际估计，但它仍然只是“代理指标的代理指标”，而非对经典困难计算本身的直接认证。

IBM和芝加哥大学研究人员的新论文采用了一种名为掺杂克利福德采样（doped Clifford sampling）的结构化替代方案来解决这一验证缺口。作者在类似于RCS所用的假设条件下建立了难度保证，但关键是，新增的结构还可以在计算过程中检测误差。

克利福德电路被嵌入到一种时空码中，其检测区域同时覆盖量子比特和电路的演化过程。

作者通过一个大型掺杂T门的电路演示了该方法，在该电路中，非克利福德T门被策略性地添加到原本可高效模拟的克利福德电路中。这使得计算在经典上变得困难，同时保留了误差校正和验证所需的结构。

关键的创新在于，验证成为计算框架本身的一部分。实验从一个编码的克利福德参考电路开始，其输出仍然可以在经典上高效模拟，以建立可信的基线。随后，通过在保持相同综合征校验的同时策略性地引入T门，创建出困难的计算任务。

通过将经典可验证的克利福德参考的保真度与综合征和逻辑误差信息相结合，研究人员推导出编码逻辑计算保真度的严格下界。计算本身携带了足以认证自身质量的信息，而非依赖实验后的外部代理指标。

这将验证从信任统计代理转向认证逻辑计算本身的保真度，这是迈向容错量子计算的重要一步，在容错量子计算中，置信度是在逻辑层面建立的。

揭示经典方法遗漏的新量子现象

与此同时，Qedma的研究人员与RIKEN和BlueQubit的合作伙伴共同研究了弗洛凯动力学：相互作用的量子系统如何响应重复的能量脉冲。

他们使用多达74个量子比特的电路，追踪了系统随时间的磁化强度变化，观察到持续振荡，而使用了RIKEN全球最大超级计算机之一的两种最先进经典模拟方法均未看到这些振荡。在最严苛的条件下，经典方法彼此不一致，无法提供一致、可靠的答案，而量子计算则持续解析出动力学行为。

为了在不依赖经典参考的情况下验证目标电路，实验在IBM Quantum系统上使用了Qedma的QESEM软件，结合启发式与严格的、无偏的误差缓解方法。这些独立估计器之间的一致性，以及在Quantinuum系统上部分重复实验所得的一致结果，为观察到的行为反映了底层物理提供了证据。

当无法验证答案时，验证过程

Algorithmiq的研究人员开发了一种量子算法来估计算符洛施密特回波（operator Loschmidt echo，简称OLE），这是一个追踪信息如何在异质量子系统中传播的量。他们的56量子比特实验达到了这样一个区域：至少三个领先经典模拟团队的方法产生了不一致的预测——并且与量子结果也存在分歧。

这项工作的核心贡献在于提出了一种策略，说明在缺乏可靠经典答案的情况下如何信任量子计算。研究人员将相同的启发式误差缓解方法应用于具有不同噪声特征的五个量子计算机，结果保持一致，使量子计算成为所考虑方法中最可信的描述。

随后，他们进一步超越了这些一致性检验，展示了在拥有精确的设备噪声模型时，严格的误差缓解如何能够产生具有定量误差棒的无偏估计。这重新定义了验证问题：任务不再是询问经典计算机能否重现量子结果，而是验证用于描述和消除量子计算机误差的模型。

经典基准测试仍在继续

宣布量子优势并不代表尘埃落定——它使结果面临更高水平的审视。

去年，一个由经典与量子计算组织组成的合作联盟推出了量子优势追踪器（Quantum Advantage Tracker），该工具帮助业界监测有前景的量子优势候选方案，并系统评估它们与领先的纯经典方法相比表现如何。

自推出以来，该追踪器引发了富有成效的辩论，推动了经典和量子计算机极限的拓展。这三项实验与其他优势候选方案一同列在量子优势追踪器上，供更广泛的业界进行进一步的压力测试。

目前，量子优势追踪器上的提交成果包括来自Q-CTRL、BlueQubit和Birla Institute of Technology and Science, Pilani的候选方案。预计随着业界持续进行基准测试，这种反复交锋将继续下去。

归根结底，对所用计算机建立信任对于确立基本事实至关重要。量子计算机是科学发现的工具——而要做到这一点，必须信任其输出。如今，量子计算正进入一个新时代——不仅产生经典计算机无法获得的结果，而且以可信赖的输出实现这一点。