在光量子晶元上模擬量子系統結構的新演算法

上月底，由布里斯託大學、微軟、谷歌、帝國理工學院、馬普研究所和中山大學的量子物理學家所組成的國際研究團隊，提出了一種新的演算法來解決量子計算機上量子系統的能量結構問題。

團隊成員已經在硅基光量子處理器中測試了這一演算法，利用光子執行計算。

量子系統的能量結構由量子化能級構成，最低能級稱為基態(ground-state)，而較高能級稱為激發態(excited state)。

特別需要指出的是，這種新演算法能夠以一種在經典計算機上似乎沒有直接模擬的方式找到激發態，在微觀層面上提供了一種學習物理和化學的新方法。

系統的基本化學性質和物理性質可以通過找出一組量化態來描述，這一量化態被稱為本徵態(eigenstates)。它包含系統的基態和激發態。

來自谷歌量子人工智慧實驗室的Jarrod McClean表示:「如果我們想讓量子計算機對太陽能電池等重要領域作出重大貢獻，那麼擴展激髮狀態的工具是至關重要的。」

在不久的未來，大型量子計算機將能夠模擬複雜的化學系統，這是經典計算機無法完成的任務，而這將拓展我們對物理和化學的認知。

這項研究由布里斯託大學物理學院的研究人員主導，相關研究成果已發表在《科學進展》雜誌上。

第一作者Raffaele Santagati博士說:「在這項研究中，我們為研究量子計算機的量子系統特性提供了一個新的工具。」

這一目標是通過引入一種基於「本徵態見證」(eigenstate witness)的新概念量子模擬方法來實現的，本徵態的數量將能判定量子態是否接近系統的本徵態。

來自布里斯託大學的王建偉博士補充說:「我們成功地在硅基光量子晶元上測試了概念驗證的協議，這表明在近期的量子設備中，我們有望模擬更複雜的系統。」

就在布里斯託大學完成實驗證明之後，加州大學伯克利分校的Jeremy Colless博士和他的同事利用超導量子比特也進行了實驗證明。

研究人員認為，這篇論文的主要研究結果將促進對改進演算法的研究和新應用的開發。

量子計算機將開啟強大的應用程序，在未來幾十年內有望實現，屆時將有大約200個量子比特的量子計算機問世。

Santagati博士最後補充道:「進一步開發集成光量子，實現更加複雜的設備，將能夠製造出更強大的光量子模擬器。」

本文由量子計算最前沿基於相關資料原創編譯，轉載請聯繫本公眾號獲得授權。

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