33、绝热量子计算及其在音乐创作中的应用

绝热量子计算及其在音乐创作中的应用

1. 量子计算的发展

最初，在磁场中施加射频脉冲使自旋状态翻转，实现平行和反平行状态的叠加，再施加更多脉冲执行简单算法并检查系统最终状态。如今，二十多年过去了，利用超导电子电路，量子计算机已能大规模实现。许多计算公司，如 D-Wave、Google、IBM、Intel、Quantinuum、Rigetti 和 IMEC 等，都在致力于基于门的芯片研发，应用量子计算的通用模型。2019 年 10 月，Google 发表文章，展示了使用具有 53 个超导量子比特的芯片实现量子优越性。此外，D-Wave 的量子退火系统使用的芯片拥有超过 5000 个量子比特。

2. 绝热量子计算概述

绝热量子计算最初是为解决优化问题而提出的，如今已成为标准量子计算电路模型的重要通用替代方案。它可以在 D-Wave 量子退火计算机上运行，以获得低能量解。其一般策略包括：
1. 设计一个基态包含优化问题解的哈密顿量。
2. 准备一个简单哈密顿量的基态。
3. 在两者之间进行缓慢插值。

这些哈密顿量可以被构建为简单的优化问题，其最终状态可转化为音乐。

3. 绝热计算原理

3.1 绝热定理

绝热量子计算得名于绝热定理，该定理指出：如果一个物理系统受到的扰动足够缓慢，且其本征值与哈密顿谱的其余部分之间存在间隙，那么该系统将保持在其瞬时本征态。简单来说，如果一个量子力学系统受到逐渐变化的条件（缓慢扰动），系统会调整其配置，概率密度也会相应改变；但如果受到快速变化的条件，系统来不及调整，空间概率密度将保持不变。这意味着，如果系统从确定初始哈密顿量的本征态开始，