日本理化學(xué)研究所RIKEN的研究人員開發(fā)了一種量子計(jì)算算法，可高效準(zhǔn)確地計(jì)算復(fù)雜材料中的原子級相互作用。物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼于1981年首次提出量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，而該算法有可能為凝聚態(tài)物理學(xué)和量子化學(xué)帶來前所未有的新局面。

量子計(jì)算機(jī)有望增強(qiáng)數(shù)字處理能力和破解傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法解決的問題。

量子比特是量子計(jì)算機(jī)的構(gòu)建模塊，本質(zhì)上是微小系統(tǒng)——例如納米晶體或超導(dǎo)電路——受量子物理定律的支配。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中使用的比特（可以是1或0）不同，量子比特可以同時具有多個值。正是量子比特的這種特性使量子計(jì)算機(jī)在速度方面具有優(yōu)勢。

非常規(guī)的計(jì)算方式還需要一個新視角來了解如何有效地處理數(shù)據(jù)，以解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)難以解決的問題。

一個值得注意的例子是時間演化算子?！皶r間演化算子是描述量子材料復(fù)雜行為的巨大數(shù)字網(wǎng)格，”RIKEN量子計(jì)算中心的Kaoru Mizuta解釋說：“它們非常重要，因?yàn)樗鼈優(yōu)榱孔佑?jì)算機(jī)提供了非常實(shí)際的應(yīng)用，可以更好地理解量子化學(xué)和固體物理學(xué)。

迄今為止展示的量子計(jì)算機(jī)原型已經(jīng)使用一種相對簡單的技術(shù)（稱為Trotterization）實(shí)現(xiàn)了時間演化算子。但是Trotterization不能普適未來的量子計(jì)算機(jī)，因?yàn)樗枰罅康牧孔娱T，因此需要大量的計(jì)算時間。研究人員一直在努力創(chuàng)建量子算法，用于使用較少量子門的精確量子模擬。

現(xiàn)在，Mizuta與來自日本各地的同事合作，提出了一種更有效、更實(shí)用的算法。它屬于混合量子經(jīng)典方法，能夠以較低的計(jì)算成本編譯時間演化算子，使其能夠在小型量子計(jì)算機(jī)甚至傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行任務(wù)。

“我們已經(jīng)建立了一個新的協(xié)議來構(gòu)建量子電路，可以在量子計(jì)算機(jī)上高效準(zhǔn)確地再現(xiàn)時間演化算子，”Mizuta解釋說。“通過將小型量子算法與量子動力學(xué)的基本定律相結(jié)合，我們的協(xié)議成功地設(shè)計(jì)了，使用簡單的量子計(jì)算機(jī)來復(fù)制大規(guī)模量子材料的量子電路。

Mizuta和他的團(tuán)隊(duì)接下來打算陳述如何通過他們的方法優(yōu)化的時間演化算子，應(yīng)用于可以計(jì)算量子材料特性的各種量子算法。“我們預(yù)計(jì)這項(xiàng)工作將能展示使用小型量子計(jì)算機(jī)研究物理和化學(xué)的潛力。

編譯：卉可

編輯：慕一

特此說明：量子前哨翻譯此文僅作信息傳遞和參考，并不意味著同意此文中的觀點(diǎn)與數(shù)據(jù)。