Учените използват квантови компютри, за да симулират квантови материали


Учените от Аргон използват квантови компютри, за да симулират квантови материали

Обещаващи спин кубити за квантовите технологии, като дефекти в силициевия карбид, се симулират на квантов компютър, разкривайки и смекчавайки ефекта на хардуерния шум. Кредит: Бенчен Хуанг, Чикагски университет.

Квантовите компютри обещават да революционизират науката, като позволяват изчисления, които някога са се смятали за невъзможни. Но за да станат квантовите компютри ежедневна реалност, трябва да се извърви дълъг път с много предизвикателни тестове.

Един от тестовете включва използване на квантови компютри за симулиране на свойствата на материалите за следващо поколение квантови технологии.

В ново проучване от Националната лаборатория в Аргон на Министерството на енергетиката на САЩ (DOE) и Чикагския университет, изследователите извършиха квантови симулации на спинови дефекти, които са специфични примеси в материали, които биха могли да предложат обещаваща основа за нови квантови технологии. Проучването подобри точността на изчисленията на квантовите компютри чрез коригиране на шума, въведен от квантовия хардуер.

Изследването е проведено като част от Интегрирания център за изчислителни материали на Средния запад (MICCoM), изчислителна организация на DOE материалознание програма със седалище в Аргон, както и Q-NEXT, Национален изследователски център за квантова информация на DOE.

„Причините, поради които правим тези видове симулации, е да придобием фундаментално разбиране за свойствата на материалите и също така да кажем на експериментаторите как евентуално да проектират по-добре материали за новите технологии“, каза Джулия Гали, професор в Прицкерското училище по молекулярно инженерство и катедрата. по химия в Чикагския университет, старши учен в Националната лаборатория в Аргон, сътрудник на Q-NEXT и директор на MICCoM. „Експериментални резултати, получени за квантови системи често са доста сложни и може да са трудни за тълкуване. Наличието на a симулация е важно да помогнем за тълкуването на експерименталните резултати и след това да представим нови прогнози.”

Докато квантовите симулации отдавна се правят на традиционните компютри, квантовите компютри може да са в състояние да решат проблеми, с които дори най-мощните традиционни компютри днес не могат да се справят. Постигането на тази цел остава да се види, тъй като изследователите около работата продължават усилията за изграждане и използване на квантови компютри

„Искаме да се научим как да използваме нови изчислителни технологии, които се развиват“, каза Гали, водещ автор на статията. „Разработването на стабилни стратегии в ранните дни на квантовите изчисления е важна първа стъпка в способността да разберем как да използваме тези машини ефективно в бъдеще.“

Разглеждането на дефектите на въртене предлага реална система за валидиране на възможностите на квантовите компютри.

„По-голямата част от изчисленията с квантови компютри в наши дни са на моделни системи“, каза Гали. “Тези модели са интересни на теория, но симулирането на действителен материал от експериментален интерес е по-ценно за цялата научна общност.”

Извършване на изчисления на свойства на материалите и молекулите на квантовите компютри се сблъскват с проблем, който човек не изпитва с класически компютър, явление, известно като хардуерен шум. Шумните изчисления връщат малко по-различни отговори всеки път, когато се извършва изчисление; шумна операция за събиране може да връща стойности, малко по-различни от 4 всеки път за въпроса „Какво е 2 плюс 2?“

„Несигурността в измерването зависи от квантовия хардуер“, каза ученият от Argonne Марко Говони, съ-водещ автор на изследването. „Едно от постиженията на нашата работа е, че успяхме да коригираме нашите симулации, за да компенсираме шума, който срещнахме на хардуера.“

Разбирането как да се справя с шума в квантовите компютри за реалистични симулации е важен резултат, каза студентът от Чикагския университет Бенчен Хуанг, първият автор на изследването.

“Можем да предвидим, че в бъдеще може да имаме безшумни квантови изчисления – научаването как да елиминираме или отменяме шума в нашата симулация също ще ни научи дали квантовото предимство може да стане реалност и за кои проблеми в науката за материалите.”

В крайна сметка, според Гали, революционният потенциал на квантовите компютри ще мотивира повече работа в тази посока.

„Току-що започнахме“, каза тя. “Пътят напред изглежда пълен с вълнуващи предизвикателства.”

Документ, базиран на проучването, се появи онлайн в Физически преглед X Quantum на 10 март.


Решаване на проблеми с материали с квантов компютър


Повече информация:
Benchen Huang et al, Симулиране на електронната структура на спинови дефекти на квантови компютри, PRX Quantum (2022 г.). DOI: 10.1103 / PRXQuantum.3.010339

Цитат: Учените използват квантови компютри за симулиране на квантови материали (2022 г., 24 май), извлечено на 24 май 2022 г. от https://phys.org/news/2022-05-scientists-quantum-simulate-materials.html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяка честна сделка с цел частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писменото разрешение. Съдържанието е предоставено само за информационни цели.