自旋清理方法使實用的量子計算機更接近現實

2020-10-03 工程學習

如果量子電路中的測量結果為| 0？狀態，自旋汙染波函數|| Cont？被投射到ated滅的旋轉上|| Anni?。頂行的最右邊部分表示測量值。圖片來源：大阪市立大學杉崎賢治，佐藤和信和拓井雄治

量子計算機是先進研究技術的新領域，具有潛在的應用，例如執行關鍵計算，保護金融資產或預測藥物的分子行為。大阪市立大學的研究人員現已解決了一個阻礙大型量子計算機實際使用的重大問題：精確的原子和分子行為預測。

他們於9月17日發表了他們的方法，從量子化學計算中刪除多餘的信息，這是《皇家化學學會》期刊《物理化學化學物理》上的高級在線文章。

論文的作者，大阪市立大學理學研究科化學與分子材料科學系名譽教授杉崎賢二（Kenji Sugisaki）和名譽武雄竹治（Takeji Takui）說：「 量子計算機最令人期待的應用之一是原子和分子的電子結構模擬。」 。

量子化學計算在包括藥物療法開發和材料研究在內的科學學科中無處不在。所有的計算都基於求解物理學家歐文·薛定s的方程，該方程使用電子和分子相互作用，產生特定的性質來描述量子力學系統的狀態。

Sugisaki和Takui說：「薛定ding方程控制著電子在分子中的任何行為，包括分子和材料的所有化學性質，包括化學反應。」

在經典計算機上，這樣的精確方程式將花費指數時間。在量子計算機上，這種精確度在現實時間內是可能的，但是據他們說，在計算過程中需要「清理」以獲得系統的真實性質。

量子系統在特定的時間點（稱為波函數）具有稱為自旋的性質，它是系統中每個電子自旋的總和。由於硬體故障或數學錯誤，可能存在不正確的自旋，從而通知了系統的自旋計算。為了去除這些「自旋汙染物」，研究人員實施了一種算法，允許他們選擇所需的自旋量子數。這樣可以純化自旋，從而在每次計算過程中去除汙染物，據他們稱，這是量子計算機上的首次。

他們說：「基於精確求解薛定any方程的原子和分子的任何行為進行的量子化學計算，可以預測其物理化學性質，並對化學反應和過程進行完整的解釋。」和算法。「本文通過在量子計算機上實現量子算法給出了解決方案。」

研究人員下一步計劃開發和實施旨在確定分子中電子狀態的算法，而激發態或基態電子的精度相同。

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