2026年5月20日 -- 朱利安·贝尔贝里奇博士获得了德国研究基金会116万欧元的资助，用于建立一个全新的埃米·诺特初级研究小组。作为斯图加特大学的一名控制工程师，贝尔贝里奇正在研究使量子算法更稳健的方法。这将使量子计算机更能抵抗环境噪声。

斯图加特大学系统理论与自动控制研究所的朱利安·贝尔贝里奇博士表示：“量子计算机解决某些问题的速度比传统计算机快得多，例如模拟复杂的量子系统，以便在材料研究、化学或药物开发等领域实现潜在应用。然而，尽管量子硬件取得了巨大进展，但利用这一潜力仍然充满挑战。”这是因为高度灵敏的量子硬件无法完全屏蔽环境噪声。因此，使用量子计算机计算出的结果可能不正确。

天然稳健的算法

贝尔贝里奇说：“以前的方法通常将错误处理与量子算法的分析和设计分离开，例如事后应用纠错。但这意味着更稳健算法的潜力尚未被挖掘。”这位工程师旨在通过一种控制理论方法改变这一现状。“新的研究小组旨在开发方法，系统性地分析量子算法的稳健性和稳定性。在此基础上，我们旨在设计出本质上更稳健、因此在当前量子硬件上运行更可靠的算法。”

控制理论背后的概念是：通过持续测量和自动重新调整，系统可以实现自我调节，使其即使发生故障也能完全按预期运行。一个简单的例子是汽车中的巡航控制。为了以恒定的速度行驶，它必须能够在不需人工干预的情况下响应逆风、上坡或下坡等因素，以保持恒定速度。

并非所有算法都同样有效

贝尔贝里奇计划在其研究中开展的工作，也可以用汽车来类比：在导航时寻找最佳路线。从一个地方到另一个地方通常有几种方式。最快的路线可能不是最好的，因为它包含一条坑坑洼洼的土路——这可能导致需要去修理厂。而另一条路线，虽然可能稍长一些，但全程都是铺装路面。同样的情况也适用于量子算法：一个算法可能非常快，但也更容易出错，因此选择稍慢但更稳健的算法可能更好。

贝尔贝里奇解释说：“我们希望从数学上分析错误是如何在任何量子算法中产生的。首先，我们确定其与理想（即无错误）量子算法的差异。接下来的问题是，我们如何有效地将这些知识应用于真实的量子硬件，以降低其对错误的敏感性。为此，我们总是可以调整各种算法参数。”

与物理学和计算机科学的合作

为此，贝尔贝里奇的团队正在与其他研究小组合作。在理论方面，计划与达姆施塔特工业大学的玛丽亚米·加切奇拉泽教授合作。她被认为是描述量子计算机错误模型的专家。在实验方面，贝尔贝里奇正与斯图加特大学第五物理研究所的蒂尔曼·普福教授合作。他的小组研究基于所谓里德伯原子的量子硬件。

实验的主要目标是确定贝尔贝里奇关于各种量子算法适用性的理论预测是否准确。这位工程师解释说：“在第二步中，我们将研究如何利用里德伯量子计算机的具体特性来设计稳健的算法。”他的小组还计划使用超导量子计算机实验性地测试这两个问题。此类系统已经可以通过商业云服务获得。

一个高度跨学科的研究小组

贝尔贝里奇说：“我们的研究处于物理学、计算机科学、数学和工程学的交叉点。这种跨学科的方法也将体现在我小组博士候选人的选拔中。”埃米·诺特研究小组目前正在组建中：计划设立三个博士职位，此外还有针对本科生和研究生的项目式论文。首批项目将于今年晚些时候启动，该小组将总共获得六年的资助。