2026年8月19日——在未来几年内，规模日益增大、能力日益增强的量子系统有望解决传统计算机难以甚至无法处理的问题。然而，量子模拟的能力越强，独立验证其结果就越困难。在经典模拟仍然可行的情况下，结果可以直接与之进行交叉验证；而超出这一范围，则需要其他方法。

由慕尼黑工业大学的Tristan Kraft、因斯布鲁克大学和奥地利科学院量子光学与量子信息研究所的Peter Zoller领导，并与慕尼黑工业大学的Barbara Kraus合作的研究人员，现已证明如何通过实验对量子模拟器进行表征，以及如何将这一过程中产生的不确定性转化为其结果定量的误差界限。该方法由Manoj Joshi和Christian Roos领导的团队在包含多达51个离子的离子阱量子模拟器上进行了演示。

不仅是结果，还有其准确性

量子模拟器是一种物理系统，可用于复现其他量子系统的行为。其潜力在于能够研究复杂的多粒子系统，这类系统的计算在经典计算机上很快就会达到极限。“但任何真实实验都不可能是完美的，”Tristan Kraft表示，“相互作用的表现可能与预期不同，系统会受到环境的影响，测量同样存在不确定性。”

研究人员现已开发出一种方法，利用实验数据来了解量子模拟器的实际行为。“根据这些数据，我们确定相关的相互作用以及涨落和噪声带来的关键影响。然后，我们计算该模型中的不确定性会如何影响模拟结果，”Tristan Kraft解释说，“这样，量子模拟器提供的就不仅仅是一个单一数值，而是带有误差范围的结果，从而量化其准确性。”

这一新方法首先在由10个离子组成的系统上进行了测试，该系统的动力学仍可通过经典计算机计算。研究人员将得到的模型和误差界限与独立测量结果进行了对比。随后，他们将该方法应用于由51个离子组成的离子链，证明该方法同样适用于规模大得多的系统。

误差界限同样适用于二维量子模拟

研究人员下一步将把这一方法应用于二维量子系统。“这一点尤为重要，因为随着粒子数量的增加，此类系统的经典计算会变得越来越困难，”量子计算先驱Peter Zoller解释说，“这也使独立验证结果变得更加复杂，因此，通过实验确定误差界限的问题就更加重要。”

研究人员正致力于将该方法适配到最新一代的二维量子模拟器上。这些系统具有更高的精度，并能研究更大数量的粒子。从长远来看，这一方法还可能为定量衡量量子优势开辟道路。“毕竟，当经典计算机和量子模拟器处理同一问题时，关键不仅在于谁能更快地给出结果，还在于谁能以更小且可验证的误差范围解决该问题，”Peter Zoller表示。未来，衡量量子模拟的标准可能不仅限于系统规模或计算速度，还包括能够以可验证的准确性解决哪些问题。