美國能源部艾姆斯實(shí)驗(yàn)室的一組科學(xué)家開發(fā)了計(jì)算量子算法，能夠高效、高精度地模擬量子系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性。這些算法是深入了解復(fù)雜材料的物理和化學(xué)的寶貴工具，它們專門設(shè)計(jì)用于在現(xiàn)有和近期的量子計(jì)算機(jī)上工作。
科學(xué)家 Yong-Xin Yao 和他在 Ames 實(shí)驗(yàn)室的研究伙伴利用先進(jìn)計(jì)算機(jī)的力量加速凝聚態(tài)物理學(xué)的發(fā)現(xiàn)，模擬極其復(fù)雜的量子力學(xué)以及它們?nèi)绾卧诔斓臅r(shí)間尺度上變化。當(dāng)前的高性能計(jì)算機(jī)可以模擬非常簡單的小型量子系統(tǒng)的特性，但更大或更復(fù)雜的系統(tǒng)會迅速增加計(jì)算機(jī)必須執(zhí)行的計(jì)算數(shù)量才能獲得準(zhǔn)確的模型，不僅減慢了計(jì)算速度，還減慢了發(fā)現(xiàn)速度.
“鑒于目前現(xiàn)有量子計(jì)算能力的早期階段，這是一個(gè)真正的挑戰(zhàn)，”姚說，“但它也是一個(gè)非常有希望的機(jī)會，因?yàn)檫@些計(jì)算壓倒了經(jīng)典計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，或者需要很長時(shí)間才能提供及時(shí)的答案。 ”
新算法通過自適應(yīng)地生成然后定制計(jì)算機(jī)需要進(jìn)行的“有根據(jù)的猜測”的數(shù)量和種類來利用現(xiàn)有量子計(jì)算機(jī)的能力，以準(zhǔn)確描述系統(tǒng)的最低能量狀態(tài)和不斷發(fā)展的量子力學(xué).這些算法是可擴(kuò)展的，使它們能夠使用現(xiàn)有的“嘈雜”(脆弱且容易出錯(cuò))量子計(jì)算機(jī)及其近期迭代準(zhǔn)確地對更大的系統(tǒng)進(jìn)行建模。
“準(zhǔn)確模擬自旋和分子系統(tǒng)只是目標(biāo)的第一部分，”姚說，“在應(yīng)用中，我們看到這被用來解決復(fù)雜的材料科學(xué)問題。憑借這兩種算法的能力，我們可以指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)人員控制材料的特性，如磁性、超導(dǎo)性、化學(xué)反應(yīng)和光能轉(zhuǎn)換。”
“我們的長期目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)材料的‘量子優(yōu)勢’——利用量子計(jì)算來實(shí)現(xiàn)當(dāng)今任何超級計(jì)算機(jī)都無法實(shí)現(xiàn)的能力，”艾姆斯實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家彼得奧思說。
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