一种新的量子计算机协议可以再现量子材料的复杂动力学
RIKEN （日本理化学研究所）研究人员创建了一种混合量子计算算法，可以有效计算复杂材料中的原子级相互作用。这项创新使使用更小的量子计算机或传统的量子计算机来研究凝聚态物理和量子化学成为可能，为这些领域的新发现铺平了道路。
RIKEN 研究人员开发的这种量子计算算法，可用于高效准确地计算复杂材料中的原子级相互作用。它有可能使人们对凝聚态物理和量子化学的理解达到前所未有的水平——这是杰出物理学家理查德·费曼 (Richard Feynman) 于 1981 年首次提出的量子计算机的应用。
量子计算机带来了增强的数字运算能力和解决传统计算机无法解决的问题的能力
量子比特是量子计算机的基石，本质上是受量子物理定律支配的微型系统，例如纳米晶体或超导电路。与传统计算机中使用的位可以是一或零不同，量子位可以同时具有多个值。正是量子比特的这种特性赋予了量子计算机速度方面的优势。
一种非常规的计算方式还需要从新的角度看待如何有效地处理数据，以解决传统计算机难以解决的问题。
一个值得注意的例子是所谓的时间演化算子。“时间演化算子是描述量子材料复杂行为的巨大数字网格，”RIKEN 量子计算中心的 Kaoru Mizuta 解释道。“它们非常重要，因为它们为量子计算机提供了非常实用的应用——更好地理解量子化学和固体物理学。”
迄今为止展示的原型量子计算机已经使用一种称为 Trotterization 的相对简单的技术实现了时间演化算子。但 Trotterization 被认为不适合未来的量子计算机，因为它需要大量的量子门，因此需要大量的计算时间。因此，研究人员一直在努力创建使用更少量子门的精确量子模拟的量子算法。
现在，Mizuta 与来自日本各地的同事合作，提出了一种更高效、更实用的算法。它是量子和经典方法的混合体，可以以较低的计算成本编译时间演化算子，使其能够在小型量子计算机甚至传统计算机上执行。
Mizuta 解释说：“我们已经建立了一种新的协议来构建量子电路，可以在量子计算机上高效准确地再现时间演化算子。” “通过将小型量子算法与量子动力学的基本定律相结合，我们的协议成功地设计了用于复制大规模量子材料的量子电路，但使用了更简单的量子计算机。”
Mizuta 和他的团队下一步打算阐明如何将通过他们的方法优化的时间演化算子应用于可以计算量子材料特性的各种量子算法。“我们预计这项工作将展示使用较小的量子计算机研究物理和化学的潜力。”
