行业采用量子计算,量子位量子位

鉴于咖啡因深受喜爱的地位在现代社会,它是合适的,这是一个基准当量子计算机将取代传统电脑的化学功能。为分子复杂的咖啡因,现有建模方法的限制,乍得爱德华兹解释说,欧洲商业领导在剑桥量子计算(CQC)在英国。区别是因为普通电脑计算使用比特,交换机只能采用两个位置之一,由0和1表示。量子比特或量子位,可以混合这两个状态的方式非常适合于描述复杂的电子波函数,确定物质的化学性质。

充分代表了咖啡因的行为,包括量子力学规则影响其单个粒子,可能需要160量子位。目前US-headquartered科恩量子计算机计算巨头谷歌有72个量子位。它的同胞和竞争对手IonQ和IBM电脑79和50个量子位,分别。因此,今天的嘈杂的中间尺度量子,或NISQ,电脑是无法与传统计算机的有限能力。但NISQ时代可能突然结束,爱德华兹认为。然后组织没有量子重视早期会问“我怎么利用量子计算机?””

量子计算可以为我们提供功能来模拟和化学性质,我们以前从未有过

因此,大型化工企业投资技术。CQC的主要股东之一,例如,是基于JSR -石油化工和精细化工公司在东京,日本。同样,德国子公司化工巨头巴斯夫是早期投资者在剑桥,美国萨帕塔计算。CQC和萨帕塔在量子计算软件和专家,以及JSR和很多人一样,是IBM的问网络的成员,让他们访问系统的功能。

JSR的利益直接关注的是化学,根据首席执行官Mitsunobu Koshiba。公司的发展和使用许多感光和活跃的化学反应,使用分子的激发态,他解释说。量子计算将使JSR的分子轨道计算运行不使用近似”,他说。德国默克公司也致力于3年与德国软件公司合作海森堡的量子化学模拟开发和商业化软件模拟量子计算机。

研发副总裁Vijay Swarup,在达拉斯,US-headquartered埃克森美孚,兴趣广泛。我们面临许多挑战的规模和复杂性在我们的业务超过今天的传统计算机的限制,”他说。的量子计算可以为我们提供能力来模拟和化学性质,我们以前从未有过。“因此埃克森美孚成为第一个加入IBM的问网络能源公司。

高度精确的量子化学计算,使新材料的发现更有效的碳捕获的Swarup只是许多景点之一。量子计算可以更有效地解决大型线性方程组来加速现实模拟,”他补充道。他强调其他潜在应用包括优化一个国家的电网,预测环境建模,发现低排放能源。虽然量子计算仍然相对较新,商业用途可能很多年后,我们的期望是,它可以帮助提供新的技术途径的发现,“Swarup说。

量子位的

今天主要的量子位技术依赖于相同的数学描述电子自旋,说Kristan Temme从IBM的T J沃森研究中心在约克镇高地,我们。自旋是一个磁性与两个值——向上或向下,相当于1和0。量子位的它最终被叠加,这两个状态之间的混合物”,Temme解释道。有用的化学模型,可以代表量子位叠加叠加电子的分子。

离子量子计算机的精度预测分子的行为在现实世界中

IonQ Jungsang金姆,创始人兼首席战略官解释说,叠加使多个量子比特之间的相关性。他描述了一个可能的简单two-qubit例子。,当系统是测量两个量子位元将在零状态,或者两者都将被发现在一个州,但从未在不同的州,“金解释说。”这些基本关系只允许在量子物理,没有这样的模拟在我们日常,古典世界。这个基本的相关性被称为纠缠态。在量子计算机中,可以带来两个量子比特和创建这个纠缠使用量子逻辑门,它提供了访问一个非常大的计算空间。”

IBM体现其在超导量子比特的设备看起来像任何其他电子芯片,但略高于绝对零度生活在笨重的“稀释冰箱”,或dil-fridges。准备量子位元计算,它将传统的电子信号脉冲进入芯片。这个系统允许IBM模型铍氢化物,使用六七个量子位的前电脑。¹

迄今为止最大的分子模仿是水,²IonQ发表的,它利用量子位以离子的形式被芯片与一种领结形的成长平台。持有上述离子刚性链狭窄的中央部分的领带,连接,这样他们都觉得任何振动,斯图尔特·艾伦解释说,该公司的首席运营官。然后我们使用激光来传授精确的振动离子,当得当,这将导致内部离子的自旋状态成为纠缠,”他说。

研究水是一步造型的一种通用方法,分子的大小,艾伦说。结果表明,这种方法有一个通用的结构,和轮廓尺寸、门质量和运行时量子计算机需要解决这样的问题。它同时也突显出量子计算机体系结构的重要性,逻辑门操作和量子位连通性。的离子量子计算机所需的精度达到有意义的水平的准确性预测行为,更具体地说,反应动力学,分子在现实世界中,“金补充说。

一个限制是回归经典比特由于噪音,因为叠加和处理限制是在量子计算的前沿。这就是为什么IBM,而拥有一个20量子位计算机商用合作伙伴使用,并宣布50量子位的版本,也适用于小型系统理解错误。的制度下,你真正想要的是你有完美的控制噪音,”Temme说。

在化工系统中,Christopher Savoie -萨帕塔计算首席执行官建议的经验法则,每一个量子位可以模拟一个电子轨道。现在的实验中,因此可以说相当于一个智能手机能做什么使用经典化学造型,他说。一个问题是经典计算机随机误差,但NISQ量子计算机。因此,多伦多大学的化学家艾伦Aspuru-Guzik发明了容错量子eigensolver变量(VQE)算法。³与萨瓦Aspuru-Guzik创办了萨帕塔,作为classical-quantum混合变分算法描述。

VQE始于一个量子电路产生估计化学系统的能量最低的状态。反馈电路的输出到古典电脑,这过程,帮助建议一个新的量子电路可能会产生更好的结果。这种循环会一直持续下去,直到算法达到能量最低的状态。最终这将探索分子还不存在,和激发态的能级,因此反应将如何进行。但是在复杂的系统和许多原子找到这些状态是非常困难的,萨瓦压力。

萨帕塔的发展与技术无关的软件,协调双方的变分算法,萨瓦解释道。这种经历回声IonQ的发现从造型,建筑是非常重要的。我们必须非常仔细地看他们是否最好的超导平台上执行或离子trap-based平台的执行官说。“真的是没有银弹”。

虽然VQE算法函数尽管噪音,噪音增加一个国家的能源价值,Temme解释道。IBM已经开发了一个名为错误的方法缓解,重复量子计算取消运行噪音。这样一个运行可能在最好的条件下运行,然后运行将持续更长时间,让他们更多的噪音。”然后我们重组这些多个运行和推断更准确的估计,“Temme说。使用这种方法之前IBM团队重复模拟氢和氢化锂,使一个很显著的改善,Temme说。⁴

超出了噪音

利用这种算法,IBM提供了它Qiskit开源面向编程平台。谷歌提供了一个类似的包图称为量子电路Cirq。甚至公众可以访问IBM的5 - 16量子比特的量子计算机通过其问门户网站的经验、编写量子程序在Qiskit Temme补充道。

但这些网关与每个公司自己的量子计算架构。CQC因此与化学密切合作,制药,农药企业发展Eumen量子化学包。它可以被用在任何终端用户想要使用或我们认为是最好的特定问题类型,”爱德华兹压力。Eumen与量子计算机通过CQC的专有的编译器,被称为t |刃⟩和明显的票,一个双关语右量子力学中使用的符号。⁵CQC最近扩大t |刃⟩和Eumen的能力计算前所未有的激发态物种的属性。

量子计算机需要编译器有两个原因,爱德华兹解释道。他们可以最小化设计,盖茨在量子电路的人数,这些电路映射到量子硬件。量子位之间的映射需要交换信息,这可能听起来简单,但爱德华兹说非常费时,和计算通常涉及成千上万的量子位互换。与噪声变得越来越有问题的计算需要的时间越长,这是一个重要的问题。“我们hardware-agnostic编译器优化整个过程,大大降低了整体电路规模,”爱德华兹说。这允许您获取最大价值可用的硬件。

爱德华兹强调,这不仅仅是巨型跨国公司能对这项技术并不陌生,因为他是领导英国量子准备计划(QRP)。CQC和网络化的量子信息技术(NQIT)中心牛津大学正在努力的教育机构预计影响量子计算技术的免费的。

这样的实践经验是有用的,根据JSR的Koshiba,尽管这将需要至少五年的解决1000 -原子+分子他感兴趣。“重要的是建立知识理解的最优组合嘈杂的计算机算法和软件,”他说。JSR密切合作CQC和IBM这样的努力。然而Koshiba警告说,量子计算是患有早期技术的典型宣传,并将经历一个“量子冬天”在几年之内的。这将在2023 - 2025年左右商业应用的技术将会成熟,”他补充道。

然而萨瓦强调,现在是紧急组织探索技术。如果量子计算机的处理能力每两年增加一倍喜欢古典传统电脑,接下来的两倍将咖啡因阈值附近。“没有理由等,”他说。相同的算法将运行在300量子位,将运行在100年,你就能做得更多。我们每周提交专利申请。这真的是一个知识产权“圈地”。