推進(jìn)量子計(jì)算需要能夠快速準(zhǔn)確地解決多體問題的模型。這些問題涉及從三個到無限數(shù)量的粒子，這些粒子非常小，它們受量子力學(xué)的影響。這項(xiàng)研究提出了一種對化學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行量子計(jì)算的新算法，可減少隨機(jī)“噪聲”對結(jié)果的影響。該方法使用了 40 年前首次描述的稱為“連接時刻”的數(shù)學(xué)工具。當(dāng)應(yīng)用于量子計(jì)算時，連通矩工具需要在量子電路中使用更少的量子位來達(dá)到多體系統(tǒng)所需的精度水平。研究人員使用他們的方法來描述相對簡單的模型。這使他們能夠?qū)⑺麄兊姆椒ǖ慕Y(jié)果和準(zhǔn)確性與之前經(jīng)過驗(yàn)證的全面計(jì)算模型進(jìn)行比較。
影響
使用量子模擬將大大提高科學(xué)家對化學(xué)過程的理解。這些過程是催化、光化學(xué)、生物化學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域的關(guān)鍵。這項(xiàng)工作是朝著創(chuàng)建復(fù)雜化學(xué)系統(tǒng)的準(zhǔn)確模擬邁出的有希望的一步。連接矩方法顯著提高了效率。這為未來有效使用量子計(jì)算機(jī)來模擬化學(xué)系統(tǒng)提供了一條新途徑。
概括
量子計(jì)算有可能準(zhǔn)確描述化學(xué)過程的量子行為。從實(shí)用的角度來看，今天的經(jīng)典計(jì)算機(jī)不可能為大中型化學(xué)系統(tǒng)執(zhí)行這項(xiàng)任務(wù)。另一方面，當(dāng)前的量子計(jì)算設(shè)備本質(zhì)上是嘈雜且容易出錯的。研究人員正在開發(fā)用于降低噪聲影響的量子模擬算法。然而，這些算法需要復(fù)雜的電路和大量的量子比特，為進(jìn)入計(jì)算留下了錯誤的空間。
為了解決量子計(jì)算設(shè)備出錯的可能性，研究人員開發(fā)了一種量子計(jì)算方法，該方法采用有限階連通矩展開和計(jì)算上可負(fù)擔(dān)的程序來準(zhǔn)備系統(tǒng)的初始狀態(tài)。他們使用二氫分子勢能面和具有廣泛相關(guān)強(qiáng)度的模型作為測試用例來評估這種新方法的性能。量子計(jì)算的結(jié)果與已建立的經(jīng)典計(jì)算的結(jié)果一致。這一結(jié)果確立了新方法的魯棒性、靈活性和準(zhǔn)確性。即使在解離和強(qiáng)相關(guān)限制下，該方法也與精確解保持良好一致，進(jìn)一步證明了該方法的廣泛實(shí)用性。
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