2026年4月2日——想象你正在搭建一条极其复杂的多米诺骨牌长链。目标是让每块骨牌都能完美触发下一块，最终呈现惊艳效果。

量子电路就像这条骨牌链：由一连串微小步骤（“操作”）组成，通过协同作用实现强大的信息处理能力。

现在假设每块骨牌都有些晃动。在量子电路中，这种晃动被称为“噪声”。虽然看似微不足道——毕竟所有常规系统都会受到某种“噪声”影响——但量子电路中的噪声会不断累积，最终引发严重问题。

噪声制约着量子电路的性能极限

核心问题是：如果每块骨牌都不稳定——如果噪声无法避免且最终具有破坏性——构建复杂链条还有意义吗？作为量子计算机等下一代技术的核心，量子电路有望解决当今机器无法企及的特定问题。

该研究团队对噪声如何影响量子电路进行了全面理论分析。其研究结果表明，噪声为量子电路的“深度”（即连续操作步骤的数量）设置了惊人的严格限制，同时使其中部分电路更易在经典计算机上模拟。

这项由洛桑联邦理工学院Armando Angrisani、Yihui Quek，柏林自由大学Antonio Anna Mele及哥本哈根大学Daniel Stilck França共同领导的研究成果发表于《自然·物理学》。

聚焦最后几层电路

研究人员分析了由简单双量子比特操作构成的大量量子电路家族，其中每个量子比特在每步操作后都会受到实际噪声影响。通过数学方法追踪噪声存在时每层电路的影响传播，该团队发现：在大多数含噪声量子电路中，只有最后几步操作真正起作用。即使电路设计得很深，噪声也会逐渐消除前期步骤的影响。

用多米诺骨牌比喻，只有末端几块决定最终效果。这意味着当使用量子计算机估算物理量（如能量或量子比特状态）时，结果主要取决于电路末端的行为。随着噪声积累，前期操作将“逐渐被遗忘”。

从底层应对噪声问题

研究还发现，这解释了为何含噪声电路仍可针对简单任务进行调整或“训练”。改变电路参数仍能影响结果，但这仅因末层电路保持活跃。因此，深度含噪声电路的实际表现与浅层电路无异。

该研究阐明了近期量子机器的实际能力边界。对于基于局部测量的常规任务，单纯增加含噪声电路的层数难以提升性能。突破关键在于更好的噪声控制，或利用特定噪声特性进行精密工程设计。

该工作同时警示：含噪声电路之所以仍具可训练性，仅因噪声已削弱其大部分能力；若将实际硬件噪声简单视作模糊因素，可能导致错误预期。