量子計算機六個量子位足以確定三個簡單分子的基態

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每次我們討論量子計算機時，標題往往是某個人在某個地方使用量子來破壞你的加密並竊取你的專研成果。如果只是這樣。但是考慮用量子計算機來解決量子問題可能更為現實。通過近期使用微量子計算機的化學計算來證明。

如果用量子計算機解決量子問題聽起來有點有跡可循，那麼它也是可行的。想像這樣：你的身體每一個蛋白質都有它的結構，因為量子力學。一個聰明但不聰明的物理學家可以寫出一個描述蛋白質的精確方程式。但即使最聰明也不能解決這個方程。

一個懶惰的物理學家會寫一個電腦腳本來解決這個方程。但是這也不會奏效，因為解析分子的確切描述所花費的時間將比從大爆炸到熱死亡需要更長的時間。但有時候會驚人地失敗。而且，對於某些分子，這些近似值並不能很快地加速計算。

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量子計算機應該解決這個問題。這個想法是，如果每個量子位代表電子的可用狀態，那麼您可以構建一個分子的模型，並使量子比特彼此反彈，直到找到最低能量狀態。那就是那個分子在最輕鬆的狀態。

但這是一個相當大的挑戰。每個量子位都是擺動，如果一切都是完美的，那麼這些波動都會相互保持一致，計算結果將會很好。然而，環境的噪音導致擺動停止並隨機啟動，這會改變其時間。這就是所謂的一致性，而沒有一致性的量子計算機並不是很好。沒有一致性的計算通常會導致前功盡棄。

所以，直到我們有完美的量子位，即使量子計算機也必須使用近似值。

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優化過程基於變分原理。這是一個非常簡單的原則。分子具有對應於電子的特定配置和原子之間的間隔（或更準確地說，是獨特的波函數）的最低能量狀態。我認為配置的能量總是大於（或最多等於）基礎狀態的能量。量子計算機從起始配置放鬆到具有最低能量的附近配置。讀出狀態和能量，用於對基態配置進行新的猜測。重複幾次，如果你幸運，你會得到一個足夠接近真實狀態的東西。在這種情況下，「足夠近」意味著您可以使用結果準確預測分子的性質。

使用具有六個量子位的量子計算機，研究人員能夠設置求解器以獲得分子氫，氫化鋰和氫化鈹的最低能態。這實際上是隱藏了很多非常驚人的物理和數學。研究人員提出了一種非常簡單的方法來代表一些比較複雜的分子。簡單的減少了計算資源，實際上這是研究人員能夠在這樣一個小量子計算機上解決三原子分子的唯一原因。

氫化鈹（BeH 2）具有三個原子和更複雜的電子結構。那是因為鈹有一個完整的電子內殼，然後下一個殼體有兩個彼此具有非常不同性質的軌道（在技術上，為了模擬鈹，你需要在一個「s」和「p」軌道計算）。這個額外的複雜性也反映在計算中。分子氫解決方案 ，最簡單的結構 ，幾乎完全符合全分子的數值解。然而，對於氫化鋰和氫化鈹，溶液的準確度較低。

研究人員認為，下降的準確性不是由於簡化而是由於量子位在計算過程中不能保持足夠連貫。這不僅僅是研究人員的一個猜測。他們的量子計算機足夠小，可以使用普通計算機建模。數值模型能夠重現量子計算機的結果，顯示研究人員了解他們的量子計算機的功能。

這導致了一個小失望。鑒於此，研究人員還可以稍微調整參數：增加量子位保持一致的時間長度等參數。這將允許他們需要多少改進他們的設備以獲得例如氫化鈹的準確的基態。

然而，隨著量子位數量的增加，預計會對較大的分子進行建模，並且準確性將會更好。

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