來自布里斯托大學(xué)，微軟，谷歌，帝國理工學(xué)院，馬克斯·普朗克研究所和中山大學(xué)的量子物理學(xué)家的國際合作推出了一種新算法，用于解決量子計算機上量子系統(tǒng)的能量結(jié)構(gòu)。

他們已經(jīng)在硅量子光子處理器上測試了該算法，該處理器使用光子(光的基本粒子)執(zhí)行計算。

量子系統(tǒng)的能量結(jié)構(gòu)由量化的能級組成，最低能級稱為基態(tài)，而較高能級稱為激發(fā)態(tài)。

特別是，這種新算法能夠以一種在經(jīng)典計算機上似乎沒有直接類似物的方式找到激發(fā)態(tài)，從而提供了一種在微觀層面研究物理和化學(xué)的新方法。

系統(tǒng)的基本化學(xué)和物理性質(zhì)可以通過找到一組稱為本征態(tài)的量化狀態(tài)來表征，這些狀態(tài)包含系統(tǒng)的基態(tài)(能量最小的狀態(tài))和激發(fā)態(tài)(能量較高的靜止?fàn)顟B(tài))。

谷歌量子AI實驗室的作者Jarrod McClean說：“如果我們希望量子計算機對太陽能電池和電池等重要領(lǐng)域做出有意義的貢獻(xiàn)，那么為激發(fā)態(tài)擴展工具包至關(guān)重要。”

預(yù)計大型量子計算機將能夠模擬復(fù)雜的化學(xué)系統(tǒng)，這是經(jīng)典計算機無法完成的任務(wù)，從而增加了我們對物理和化學(xué)的了解。

該研究今天發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)步》雜志上，由布里斯托大學(xué)物理學(xué)院的研究人員領(lǐng)導(dǎo)。

第一作者Raffaele Santagati博士說：“在這項工作中，我們提供了一種使用量子計算機研究量子系統(tǒng)特性的新工具。”

通過引入一種基于“本征狀態(tài)見證”這一新穎概念的量子模擬方法，可以實現(xiàn)該目標(biāo)，該量用于檢測給定的量子狀態(tài)是否接近系統(tǒng)的本征狀態(tài)。

同樣來自布里斯托大學(xué)的王建偉博士補充說：“我們成功地在硅量子光子芯片中測試了該協(xié)議的概念驗證案例，顯示了其在現(xiàn)實的短期量子器件中模擬更復(fù)雜系統(tǒng)的適用性。”

布里斯托爾(Bristol)示 威之后不久，伯克利UCA的杰里米·科利斯(Jeremy Colless)博士及其同事使用超導(dǎo)量子位通過實驗證明了另一種方法。

研究人員預(yù)見，本文的主要發(fā)現(xiàn)將促進(jìn)對所提出算法的改進(jìn)和新應(yīng)用程序的興起進(jìn)行研究。

先進(jìn)的量子計算機將解鎖強大的應(yīng)用程序，并且有望在未來幾十年內(nèi)實現(xiàn)，屆時將有大約200量子位的量子計算機可用。

Santagati博士補充說：“集成量子光子學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，實現(xiàn)了更加復(fù)雜的設(shè)備，將使更有用的光子量子模擬器成為可能。”