突破虚时演化非酉限制:MLGO微算法科技发布可在现有量子计算机运行的变分量子模拟技术

2026/4/7 15:38:39     

在量子计算从实验室走向工程化应用的进程中,如何在受噪声和规模限制的现实硬件条件下,稳定求解复杂量子系统的关键物理量,已成为制约产业落地的重要瓶颈之一。虚时演化被公认为研究量子系统基态性质的核心工具之一,其通过抑制高能态、驱动系统自然收敛至低能态的机制,在理论与经典数值模拟中已被广泛验证。然而,由于虚时演化本质上对应非酉动力学过程,这一方法长期难以在真实量子计算机上直接实现,成为量子算法工程化中的一项根本性难题。

基于这一现实挑战,微算法科技(NASDAQ:MLGO)量子计算研发团队近日发布了一项基于变分假设的虚时演化量子模拟技术。该技术以混合量子—经典算法为核心,通过变分参数化量子态对虚时演化过程进行近似投影,在避免非酉算符直接实现的同时,保留了虚时演化向基态收敛的关键物理特性。依托浅量子电路和误差缓解机制,该方法可在现有量子计算机上稳定运行,为多粒子系统基态求解提供了一条具有工程可行性的全新路径。

虚时演化在量子物理、量子化学和多体系统研究中占据着基础性地位。在理论上,通过将真实时间演化中的时间变量替换为虚数,可以使量子系统的高能态迅速衰减,从而在长时间极限下自然收敛到系统的基态。这一性质使得虚时演化成为求解基态能量、分析相变行为以及研究热力学极限的重要工具。然而,虚时演化对应的动力学过程是非酉的,而量子计算机的基本演化由严格的酉算符构成,这一根本性矛盾长期限制了虚时演化在真实量子硬件上的直接实现。

传统的解决思路往往依赖于复杂的线性组合方法、辅助量子比特扩展或深层量子线路结构,这些方法在理论上可行,但在实际硬件上往往面临电路深度过大、噪声累积严重、成功概率迅速下降等问题,难以在当前的中等规模量子设备上稳定运行。正是在这一背景下,微算法科技从近似实现虚时演化的物理效果这一核心目标出发,重新审视了虚时演化的本质需求,并提出了一种以变分假设为核心的混合量子—经典算法框架。

该技术的核心思想并非直接在量子计算机上实现非酉演化算符,而是通过构造一个参数化的量子态族,使其在参数空间中的演化轨迹尽可能逼近真实虚时演化所对应的态演化路径。换言之,算法不再试图模拟算符,而是转而模拟状态。这一转变看似简单,却在根本上降低了对量子硬件的要求,使虚时演化的模拟首次能够在浅量子电路条件下实现。

在具体实现层面,微算法科技变分虚时演化算法以参数化量子线路作为量子态的表示形式。初始状态通常选取为一个容易制备的参考态。随后,通过引入一组可调参数,对应量子线路中的旋转角度或纠缠门结构,使该参数化量子态能够在希尔伯特空间中覆盖足够丰富的物理态区域。这一参数化结构的设计充分考虑了当前量子硬件的可实现性,优先采用局域门和浅层纠缠结构,从工程上确保算法的可执行性。

虚时演化在该框架中的实现方式并非通过直接作用演化算符,而是通过在每一个演化步长上,求解一组由变分原理导出的参数更新方程。这些方程通常来源于小化量子态与真实虚时演化态之间距离的条件,或者等价地,通过投影方法将虚时演化方程映射到参数空间中。由此得到的参数更新规则,既保留了虚时演化压制高能态、向基态收敛的核心物理特性,又完全避免了非酉算符在量子线路中的直接实现。

在这一混合算法框架中,量子计算机的主要任务是制备当前参数下的量子态,并对与哈密顿量相关的期望值和相关矩阵元素进行测量。这些测量结果随后被传递给经典优化模块,由经典计算机完成线性方程组求解或参数更新计算,并生成下一步的参数值。量子与经典模块在每一次迭代中形成闭环协同,从而实现对虚时演化过程的逐步逼近。

微算法科技(NASDAQ:MLGO)该算法天然具备良好的误差缓解特性。由于参数更新依赖于期望值测量而非精确的量子态制备,算法对噪声的敏感度显著低于深电路量子算法。同时,变分框架允许在存在系统误差的情况下,通过参数空间的调整自动吸收部分误差影响,使终收敛结果依然能够保持较高的物理准确性。这一特性对于当前噪声中等规模量子设备而言尤为关键,也正是该技术能够在现有量子计算机上落地的重要原因之一。

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该技术在实验中展现出的稳定性和可扩展性,为其在更大规模系统中的应用奠定了基础。随着量子比特数量的增加和硬件性能的提升,该变分虚时演化框架可以通过扩展参数化线路结构和测量策略,平滑地过渡到更复杂的多体系统,而无需在算法层面进行根本性重构。这种随硬件成长而自然扩展的特性,使该技术具备明显的工程优势。

从应用角度来看,微算法科技研发的基于变分假设的虚时演化量子模拟技术并不仅限于基态能量计算。由于虚时演化本质上是一种能量小化过程,该算法框架可以自然推广到一般形式的组合优化问题和连续优化问题中。在这些问题中,目标函数可以被编码为量子哈密顿量,优化过程则通过变分虚时演化实现。这为量子优化算法和量子机器学习模型提供了一种统一且物理直观的实现范式。

在量子机器学习领域,该技术同样展现出重要潜力。许多量子机器学习模型的训练过程可以被理解为在参数空间中寻找某种低能态或优解,而变分虚时演化恰好提供了一种稳定、物理约束明确的参数更新机制。相比于完全依赖梯度下降的经典优化策略,该方法在高维参数空间中具有更强的收敛指引性,有望缓解量子神经网络训练中常见的梯度消失或局部极小值问题。

从企业研发的视角来看,该技术的提出并非孤立成果,而是微算法科技(NASDAQ:MLGO)长期围绕可落地量子算法这一核心目标持续探索的结果。研发团队在算法设计之初即充分考虑了硬件限制、测量成本和噪声模型等工程因素,避免了仅在理想条件下成立的理论构造。这种以工程可实现性为导向的研发策略,使得该变分虚时演化技术不仅在理论上自洽,而且在实际量子计算平台上具备明确的实施路径。

未来,随着量子硬件规模的进一步扩大和误差率的持续下降,微算法科技计划在现有算法框架基础上,引入更灵活的参数化量子线路结构、自适应演化步长策略以及更高效的测量与误差缓解技术,从而进一步提升算法的精度与收敛速度。同时,该技术也有望与其他混合量子—经典算法深度融合,形成面向量子化学、材料科学和人工智能等领域的通用量子计算解决方案。

微算法科技基于变分假设的虚时演化量子模拟技术在概念上成功弥合了虚时演化物理模型与量子硬件实现之间的长期鸿沟,在工程上为当前量子计算机提供了一种高效、稳定且可扩展的应用方案。它不仅为多粒子系统基态问题提供了新的求解工具,也为量子算法从理论走向产业应用提供了具有示范意义的技术范式。