量子计算机模拟氢分子

一个原型的量子计算机被用来计算一个氢分子的电子结构第一次展示的可能性,这类设备上执行复杂的量子力学模拟的分子过程。

量子计算机是由谷歌研究实验室的研究人员在加州,美国。与同事一起在美国和英国的其他地方,领导的一个团队约翰·马蒂尼该设备用于执行电子结构的计算,他们说很容易扩展到更复杂的情况下。¹

没有必要的近似模拟量子系统的可能性与经典计算机是什么促使理查德·费曼早在1982年就提出量子计算。随着量子计算机也越来越接近现实,太多的注意力一直集中在更大的速度应该实现相对于经典的设备。但有些觉得量子模拟最终将成为“杀手级应用”,使得这些努力是值得的。

这已经不是第一次量子化学算法已经在一台量子计算机原型实现。但先前的努力没能利用量子基础方法的全部优势,因为他们需要昂贵的“预先”经典计算机上的步骤,这限制了复杂性的程度,可以这样处理。“新来的是这项工作使用一个可伸缩的量子计算架构,”说马蒂亚斯•泰勒在苏黎世的瑞士联邦理工学院,他并没有参与这项研究。

一个综合的方法

谷歌的数字量子计算机使用超导设备量子位(量子比特),信息可以编码在超电流的量子态。²进行氢分子的电子结构计算,研究人员使用两种不同的方法,称为量子eigensolver变分(VQE)和phase-estimation算法(豌豆)。

[[我们可能很快看到量子计算机比经典的某些问题]]”都是有效的量子算法寻找基态能量,“团队成员说彼得·奥马利”,但他们采取不同的方法有不同的优缺点。的豌豆方法可以用任意精度原则得到答案,但前提是在此过程中没有错误。

在实践中总是出现错误,在这种情况下,VQE方法效果更好。这涉及到使用一系列连续的算法逐渐改进初始猜测分子的波函数。波函数,通过调整参数可以弥补错误发生在计算步骤和仍然得到一个答案——离解能,说——本质上是一样的,获得详细的经典模拟分子的。

研究人员说,它已经能够模拟更复杂的比氢分子和他们的设备。量子模拟的好处是,你只需要一个量子模拟器差不多大小的分子模拟,”O ' malley说。计算可用量子位,只有三分之一的使用和团队正在建立量子芯片应该能够模型小过渡金属配合物。

所有这些问题仍微不足道的努力控制量子计算机还比解决问题更经典,”泰勒说。他补充说,我们很快就会看到量子计算机比经典的某些问题,但是做量子化学计算超越经典计算机的力量还需要几年的时间更长。