在科技发展的璀璨长河中，量子计算一直是备受瞩目的焦点领域，是未来技术革命的重要方向。然而，长期以来，量子计算机由于在许多重要领域中有效算法的缺失， 使得其应用范畴受到了诸多限制，比如在面对科学与工程领域中大规模和复杂的偏微分方程时，难以施展拳脚。近期该方向的突破性成果， 为量子计算在求解科学计算核心领域之一的偏微分方程方面， 带来了令人兴奋的前景。
11月9日，在西部（重庆）科学城隆重召开了第三届数学促进经济社会发展论坛。欧洲科学院院士、欧洲人文和自然科学院外籍院士，上海交通大学自然科学研究院，上海交通大学重庆人工智能研究院院长金石，在主旨报告上介绍了其团队所研发的世界前沿原创技术——“薛定谔化”，这一技术为量子计算求解许多科学与工程问题领域带来了新的突破。
▲第三届数学促进经济社会发展论坛（2024）在西部（重庆）科学城成功举办。
“量子计算机只能做酉算子演化——一种保向量长度的特殊运算，也就是只能按规定动作运算。就像刚生下的婴儿只能喝母奶或奶粉，不能吃重庆小面、小笼包。而我们团队找到的‘桥梁’是将其他问题，也就是‘重庆小面、小笼包’转化为量子计算机可运算的类型，也就是我们说的‘奶粉’，这样一来，所有的线性常微分和偏微分方程都能够巧妙地转化为高维傅里叶空间中的薛定谔型方程， 使其适合量子模拟。”金石院士形象地说。
▲金石院士介绍发现并构造的新方法——“薛定谔化”。
可以说，“薛定谔化”是一项极具创新性的研究方向，打开了量子计算与复杂系统模拟之间的有效通道。要知道，在科研的征程中，传统计算方法在处理大规模和高维偏微分方程的局限性一直是科研人员心中的痛点。往往受困于计算资源的瓶颈和时间成本的高昂，在有限的时间内难以获取准确的结果。
但“薛定谔化”方法的引入，使得未来这些问题有可能在具有量子优势的量子计算机上求解。换言之，有了这一突破，今后所有的线性常微分和偏微分方程都能够巧妙地转化为高维傅里叶空间中的薛定谔型方程，从而适合量子模拟。这为科学研究和工程应用开辟了崭新的领域，提供了前所未有的解决方案。科研人员未来就可借助量子计算的并行性和高效性，迅速模拟高维偏微分方程的动态过程，使得模拟结果更加准确可靠。这大大拓展了量子计算可以求解的科学与工程计算问题的边界。
▲“薛定谔化”公式图解。
金石院士还介绍，该团队在重庆科技局的支持下，将研究量子计算和人工智能在金融领域结合，在金融风险控制和大规模金融数据的处理上，期望能大大提高金融产品的稳定性和效率。
此外记者还了解到，团队还期望今后发展更多的偏微分方程的量子算法，这有助于在人工智能领域，助力智能算法的优化和创新，使机器更加智能地理解和处理信息；在无线通信领域，也可通过更精准的信号模拟和优化，提升通信质量；在生物医药领域，人们期望量子计算能够为药物研发和疾病治疗提供更准确的模拟和预测。
▲金石和其团队成员Nana Liu应邀在国际科学计算和应用数学领域最具影响力的期刊之一《Journal of Computational Physics》月度演讲中进行两次联合演讲，介绍他们在偏微分方程量子模拟方面的最新研究工作，获世界顶级学术界的关注。
“薛定谔化”方法的引入，为量子计算求解科学于工程计算问题提供了一个重要的工具， 体现出数学方法在发展新质生产力和硬核科技上的威力，也为量子计算在科学工程计算问题中勾勒出一个更有希望的前景。
