在量子計(jì)算從實(shí)驗(yàn)室走向工程化應(yīng)用的進(jìn)程中，如何在受噪聲和規(guī)模限制的現(xiàn)實(shí)硬件條件下，穩(wěn)定求解復(fù)雜量子系統(tǒng)的關(guān)鍵物理量，已成為制約產(chǎn)業(yè)落地的重要瓶頸之一。虛時(shí)演化被公認(rèn)為研究量子系統(tǒng)基態(tài)性質(zhì)的核心工具之一，其通過抑制高能態(tài)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自然收斂至低能態(tài)的機(jī)制，在理論與經(jīng)典數(shù)值模擬中已被廣泛驗(yàn)證。然而，由于虛時(shí)演化本質(zhì)上對(duì)應(yīng)非酉動(dòng)力學(xué)過程，這一方法長(zhǎng)期難以在真實(shí)量子計(jì)算機(jī)上直接實(shí)現(xiàn)，成為量子算法工程化中的一項(xiàng)根本性難題。

基于這一現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，微算法科技（NASDAQ:MLGO）量子計(jì)算研發(fā)團(tuán)隊(duì)近日發(fā)布了一項(xiàng)基于變分假設(shè)的虛時(shí)演化量子模擬技術(shù)。該技術(shù)以混合量子—經(jīng)典算法為核心，通過變分參數(shù)化量子態(tài)對(duì)虛時(shí)演化過程進(jìn)行近似投影，在避免非酉算符直接實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，保留了虛時(shí)演化向基態(tài)收斂的關(guān)鍵物理特性。依托淺量子電路和誤差緩解機(jī)制，該方法可在現(xiàn)有量子計(jì)算機(jī)上穩(wěn)定運(yùn)行，為多粒子系統(tǒng)基態(tài)求解提供了一條具有工程可行性的全新路徑。

虛時(shí)演化在量子物理、量子化學(xué)和多體系統(tǒng)研究中占據(jù)著基礎(chǔ)性地位。在理論上，通過將真實(shí)時(shí)間演化中的時(shí)間變量替換為虛數(shù)，可以使量子系統(tǒng)的高能態(tài)迅速衰減，從而在長(zhǎng)時(shí)間極限下自然收斂到系統(tǒng)的基態(tài)。這一性質(zhì)使得虛時(shí)演化成為求解基態(tài)能量、分析相變行為以及研究熱力學(xué)極限的重要工具。然而，虛時(shí)演化對(duì)應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程是非酉的，而量子計(jì)算機(jī)的基本演化由嚴(yán)格的酉算符構(gòu)成，這一根本性矛盾長(zhǎng)期限制了虛時(shí)演化在真實(shí)量子硬件上的直接實(shí)現(xiàn)。

傳統(tǒng)的解決思路往往依賴于復(fù)雜的線性組合方法、輔助量子比特?cái)U(kuò)展或深層量子線路結(jié)構(gòu)，這些方法在理論上可行，但在實(shí)際硬件上往往面臨電路深度過大、噪聲累積嚴(yán)重、成功概率迅速下降等問題，難以在當(dāng)前的中等規(guī)模量子設(shè)備上穩(wěn)定運(yùn)行。正是在這一背景下，微算法科技從近似實(shí)現(xiàn)虛時(shí)演化的物理效果這一核心目標(biāo)出發(fā)，重新審視了虛時(shí)演化的本質(zhì)需求，并提出了一種以變分假設(shè)為核心的混合量子—經(jīng)典算法框架。

該技術(shù)的核心思想并非直接在量子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)非酉演化算符，而是通過構(gòu)造一個(gè)參數(shù)化的量子態(tài)族，使其在參數(shù)空間中的演化軌跡盡可能逼近真實(shí)虛時(shí)演化所對(duì)應(yīng)的態(tài)演化路徑。換言之，算法不再試圖模擬算符，而是轉(zhuǎn)而模擬狀態(tài)。這一轉(zhuǎn)變看似簡(jiǎn)單，卻在根本上降低了對(duì)量子硬件的要求，使虛時(shí)演化的模擬首次能夠在淺量子電路條件下實(shí)現(xiàn)。

在具體實(shí)現(xiàn)層面，微算法科技變分虛時(shí)演化算法以參數(shù)化量子線路作為量子態(tài)的表示形式。初始狀態(tài)通常選取為一個(gè)容易制備的參考態(tài)。隨后，通過引入一組可調(diào)參數(shù)，對(duì)應(yīng)量子線路中的旋轉(zhuǎn)角度或糾纏門結(jié)構(gòu)，使該參數(shù)化量子態(tài)能夠在希爾伯特空間中覆蓋足夠豐富的物理態(tài)區(qū)域。這一參數(shù)化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)充分考慮了當(dāng)前量子硬件的可實(shí)現(xiàn)性，優(yōu)先采用局域門和淺層糾纏結(jié)構(gòu)，從工程上確保算法的可執(zhí)行性。

虛時(shí)演化在該框架中的實(shí)現(xiàn)方式并非通過直接作用演化算符，而是通過在每一個(gè)演化步長(zhǎng)上，求解一組由變分原理導(dǎo)出的參數(shù)更新方程。這些方程通常來源于最小化量子態(tài)與真實(shí)虛時(shí)演化態(tài)之間距離的條件，或者等價(jià)地，通過投影方法將虛時(shí)演化方程映射到參數(shù)空間中。由此得到的參數(shù)更新規(guī)則，既保留了虛時(shí)演化壓制高能態(tài)、向基態(tài)收斂的核心物理特性，又完全避免了非酉算符在量子線路中的直接實(shí)現(xiàn)。

在這一混合算法框架中，量子計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)是制備當(dāng)前參數(shù)下的量子態(tài)，并對(duì)與哈密頓量相關(guān)的期望值和相關(guān)矩陣元素進(jìn)行測(cè)量。這些測(cè)量結(jié)果隨后被傳遞給經(jīng)典優(yōu)化模塊，由經(jīng)典計(jì)算機(jī)完成線性方程組求解或參數(shù)更新計(jì)算，并生成下一步的參數(shù)值。量子與經(jīng)典模塊在每一次迭代中形成閉環(huán)協(xié)同，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)虛時(shí)演化過程的逐步逼近。

微算法科技（NASDAQ:MLGO）該算法天然具備良好的誤差緩解特性。由于參數(shù)更新依賴于期望值測(cè)量而非精確的量子態(tài)制備，算法對(duì)噪聲的敏感度顯著低于深電路量子算法。同時(shí)，變分框架允許在存在系統(tǒng)誤差的情況下，通過參數(shù)空間的調(diào)整自動(dòng)吸收部分誤差影響，使最終收斂結(jié)果依然能夠保持較高的物理準(zhǔn)確性。這一特性對(duì)于當(dāng)前噪聲中等規(guī)模量子設(shè)備而言尤為關(guān)鍵，也正是該技術(shù)能夠在現(xiàn)有量子計(jì)算機(jī)上落地的重要原因之一。

該技術(shù)在實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性，為其在更大規(guī)模系統(tǒng)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。隨著量子比特?cái)?shù)量的增加和硬件性能的提升，該變分虛時(shí)演化框架可以通過擴(kuò)展參數(shù)化線路結(jié)構(gòu)和測(cè)量策略，平滑地過渡到更復(fù)雜的多體系統(tǒng)，而無需在算法層面進(jìn)行根本性重構(gòu)。這種隨硬件成長(zhǎng)而自然擴(kuò)展的特性，使該技術(shù)具備明顯的工程優(yōu)勢(shì)。

從應(yīng)用角度來看，微算法科技研發(fā)的基于變分假設(shè)的虛時(shí)演化量子模擬技術(shù)并不僅限于基態(tài)能量計(jì)算。由于虛時(shí)演化本質(zhì)上是一種能量最小化過程，該算法框架可以自然推廣到一般形式的組合優(yōu)化問題和連續(xù)優(yōu)化問題中。在這些問題中，目標(biāo)函數(shù)可以被編碼為量子哈密頓量，優(yōu)化過程則通過變分虛時(shí)演化實(shí)現(xiàn)。這為量子優(yōu)化算法和量子機(jī)器學(xué)習(xí)模型提供了一種統(tǒng)一且物理直觀的實(shí)現(xiàn)范式。

在量子機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，該技術(shù)同樣展現(xiàn)出重要潛力。許多量子機(jī)器學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練過程可以被理解為在參數(shù)空間中尋找某種低能態(tài)或最優(yōu)解，而變分虛時(shí)演化恰好提供了一種穩(wěn)定、物理約束明確的參數(shù)更新機(jī)制。相比于完全依賴梯度下降的經(jīng)典優(yōu)化策略，該方法在高維參數(shù)空間中具有更強(qiáng)的收斂指引性，有望緩解量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練中常見的梯度消失或局部極小值問題。

從企業(yè)研發(fā)的視角來看，該技術(shù)的提出并非孤立成果，而是微算法科技（NASDAQ:MLGO）長(zhǎng)期圍繞可落地量子算法這一核心目標(biāo)持續(xù)探索的結(jié)果。研發(fā)團(tuán)隊(duì)在算法設(shè)計(jì)之初即充分考慮了硬件限制、測(cè)量成本和噪聲模型等工程因素，避免了僅在理想條件下成立的理論構(gòu)造。這種以工程可實(shí)現(xiàn)性為導(dǎo)向的研發(fā)策略，使得該變分虛時(shí)演化技術(shù)不僅在理論上自洽，而且在實(shí)際量子計(jì)算平臺(tái)上具備明確的實(shí)施路徑。

未來，隨著量子硬件規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大和誤差率的持續(xù)下降，微算法科技計(jì)劃在現(xiàn)有算法框架基礎(chǔ)上，引入更靈活的參數(shù)化量子線路結(jié)構(gòu)、自適應(yīng)演化步長(zhǎng)策略以及更高效的測(cè)量與誤差緩解技術(shù)，從而進(jìn)一步提升算法的精度與收斂速度。同時(shí)，該技術(shù)也有望與其他混合量子—經(jīng)典算法深度融合，形成面向量子化學(xué)、材料科學(xué)和人工智能等領(lǐng)域的通用量子計(jì)算解決方案。

微算法科技基于變分假設(shè)的虛時(shí)演化量子模擬技術(shù)在概念上成功彌合了虛時(shí)演化物理模型與量子硬件實(shí)現(xiàn)之間的長(zhǎng)期鴻溝，在工程上為當(dāng)前量子計(jì)算機(jī)提供了一種高效、穩(wěn)定且可擴(kuò)展的應(yīng)用方案。它不僅為多粒子系統(tǒng)基態(tài)問題提供了新的求解工具，也為量子算法從理論走向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供了具有示范意義的技術(shù)范式。