量子计算有其局限性

在在1981年,麻省理工学院的理查德·费曼谈到“与计算机模拟物理”。这是已经完成,但是费曼说他想说话,有可能是一个确切的仿真,计算机要做的完全一样的自然。但作为自然是量子力学,他指出,你需要的是一个量子计算机。

其余的是历史,但历史仍然。当我最近问大卫•多伊奇的物理学家在1985年提出了量子计算可能会是什么样子,是否他惊讶的是,迅速成为实用技术,他以特有的简洁回答说:“还没有。“你可以看到他的观点。当然,10月总统拜登访问IBM的新的量子数据中心纽约波基普西,整个房间充满了公司的量子计算机。11月9日,IBM宣布433 -量子点(量子位)鱼鹰处理器,但似乎就在昨天,我们在谷歌53-qubit得到兴奋梧桐芯片——2016年谷歌团队声称为了演示“量子霸权”,这意味着它可以在几天内执行计算,将最好的古典电脑许多年。¹这一说法已经被争议。

Deutsch不愿接受实用量子计算到了大概源于是否能做任何真正有用的问题。当然,一个可以构造一个问题,是非常困难的经典设备但适合量子计算机,然后证明只有几十个量子位足以实现“霸权”。但如何帮助这是众所周知的在现实世界中吗?费曼描述量子计算的概念时,他把它记住,这样的设备将被用于模拟系统由量子法律,如分子和材料。而不是使用笨重的经典近似等标准从头开始量子化学的方法,将代表原子和分子的量子态在自己的方式计算属性如能量谱、电子能带结构和稳定性。

小步骤

量子计算机已经做了好几年了——在一个时尚。艾伦•Aspuru-Guzik然后在加州大学伯克利分校,2005年和他的同事们展示了它应该能够模拟简单的分子比如水和氢化锂只有几个量子位。²2017年,IBM团队仅使用six-qubit电路LiH模拟和本·₂——后者是第一个三原子物种模拟。³结果一般,但他们建立的可行性做量子化学量子的方法。

考虑到可用资源已经在过去的几年里,有人可能认为现在可以做更多的事。但是一个新的研究的石榴石陈和他的同事提出,加州理工学院的-和Deutsch的评论。⁴他们利用53-qubit芯片与谷歌的梧桐来模拟分子和材料的兴趣。他们选择测试用例没有任何尝试适合量子方法识别问题。一个是铁和硫的eight-atom集群固氮酶的催化核心酶,修复大气氮成生物可用的形式。理解这一过程可能有价值的人工固氮催化剂发展。另一个是水晶材料α三氯化钌复合量子材料领域的极大的兴趣,因为它被认为显示奇异的低温阶段称为自旋液体。⁵

芯片是怎么表现的?坦率地说,相当地。开始成龙坦言,他认为与53个量子位,他们这些系统能够模拟得泰然自若。但是如何处理现在的问题使他的想法。通过将它们映射到量子电路,研究人员可以合理的尝试计算,说,菲斯的能量光谱集群和α-RuCl的热容₃——但是什么古典方法至少同样做不到。噪音的一个关键问题是:目前的量子比特出错,尚未纠正这种量子错误的方法。如果计算逻辑步骤太多,噪音了结果,产生胡言乱语。出于这样的原因,团队能够利用只有一小部分——大约五分之一的处理器提供的资源。

这是一个发人深省的提醒我们现在站的地方。当然,事情将继续改善,但你不会扔掉你的旧量子算法。