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研究人員在量子計算領域取得突破

今天設想的大型糾錯量子計算機可能需要幾十年的時間,但專家們正在積極嘗試使用現有和近期量子處理器解決有用問題的方法,盡管由于錯誤或“噪音”造成了限制。

設想的關鍵是模擬分子特性。從長遠來看,這可以帶來材料改進和藥物發現的進步。但是沒有嘈雜的計算混淆結果。

現在,弗吉尼亞理工大學化學和物理學研究人員通過設計一種能夠更有效地計算嘈雜量子計算機上分子特性的算法,進行了量子模擬。弗吉尼亞理工大學理學院的教授Ed Barnes,Sophia Economou和Nick Mayhall最近在Nature Communications上發表了一篇論文,詳細介紹了這一進展。

預計量子計算機能夠比當今使用的“經典”計算機更有效地執行某些類型的計算。它們類似于傳統計算機,因為它們通過應用邏輯門序列來運行算法 - 在這種情況下,“量子門”,它們一起形成量子電路 - 信息位。對于今天嘈雜的量子計算機來說,問題是如此多的噪聲會在電路中累積,計算會降低并使后續計算不準確。科學家們很難設計出既短又精確的電路。

弗吉尼亞理工大學的團隊通過開發一種以迭代方式增長電路的方法來解決這個問題。“我們從一個最小的電路開始,然后隨著邏輯門在短路之后添加邏輯門,直到計算機找到解決方案來增長它,”化學系助理教授Mayhall說。

該算法的第二個主要優點是Barnes,Economou和Mayhall設計它可以根據模擬的分子系統進行自我調整。不同的分子將決定他們自己的電路,為他們量身定制。

弗吉尼亞理工大學化學與物理系 - 巴恩斯,Economou和Mayhall以及兩個系的研究生和博士后團隊之間的跨學科合作已獲得美國國家科學基金會和美國能源部的撥款,總額超過280萬美元。

弗吉尼亞理工大學和IBM最近建立了合作伙伴關系,使研究人員能夠訪問IBM的量子計算硬件。“我們在弗吉尼亞理工大學的團隊對我們工作的下一步工作感到非常興奮,”物理系副教授Economou說,“其中包括在IBM的處理器上實現我們的算法。”

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