港大團隊突破量子模擬瓶頸 變「糾纏」為資源 登頂尖科學雜誌封面

香港文匯報訊（記者 莫楠）模擬物質的動態演化，是理解宇宙和推動前沿科技的根本基礎，卻同時是物理、化學領域最具挑戰性的課題之一。香港大學工程學院研究團隊近期突破傳統認知，發現「量子糾纏」這種粒子間深層聯繫，雖然在傳統計算中，高糾纏度會令模擬難度呈指數級攀升，被視為重大障礙，但其實可轉化為推動量子模擬的強大資源。團隊據此開發出「自適應模擬協議」，通過實時測量估算模擬誤差，令演算法自動優化，幾乎無需額外成本，徹底改變量子資源的應用模式。相關成果已獲國際權威期刊《自然·物理學》選為封面論文發表。

傳統模擬方法如矩陣乘積態（MPS）及矩陣乘積算符（MPO），雖然已相當成熟且廣泛應用於量子動力學模擬，但存在根本性限制，其無法有效處理高糾纏度的系統，導致計算成本急劇上升。相比之下，量子模擬器雖被視為未來模擬動態演化的理想平臺，但學界長期認為其效能與系統糾纏度無關。

然而，由港大計算與數據科學學院教授趙琦領導，聯同復旦大學教授周游及美國馬里蘭大學教授Andrew M. Childs組成的國際團隊，最新研究推翻這一長期觀念。他們發現，雖然量子糾纏是傳統電腦的運算障礙，卻能大幅提升量子模擬效率，將「障礙」反轉為「資源」。當系統出現高糾纏時，量子模擬反而更具優勢，這一反直覺發現，彰顯量子計算在處理複雜問題方面的潛力遠超預期。

趙琦解釋：「傳統電腦害怕量子糾纏，但我們證明量子電腦其實『喜歡』它。高量子糾纏度意味著量子電腦比傳統電腦擁有更大的優勢，使『量子優勢』的實現變得更加觸手可及。」他更感歎，團隊最初只是想釐清糾纏與量子模擬效能的關係，沒想到能推導出如此簡潔優美的物理公式，令阻礙計算的複雜糾纏，成為提升效率的關鍵。趙琦認為這正體現了基礎研究打破固有認知，開啟全新技術路徑的魅力。

基於此理論突破，團隊開發出「自適應模擬協議」，透過實時測量準確評估模擬誤差，使演算法自動調整優化，且幾乎不需額外資源投入，徹底改變了量子資源的應用模式，使量子糾纏成為實現高效計算的實用工具。趙琦指出，此機制可大幅提升材料科學、高能物理及化學反應模擬等領域的運算效率，有望推動高性能電池、新型催化劑及藥物研發等關鍵技術的發展，團隊未來將繼續深入探索糾纏加速在實際領域的具體影響。