推進量子計算需要能夠快速準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，它們受量子力學的影響。這項研究提出了一種對化學系統(tǒng)進行量子計算的新算法，可減少隨機“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)學工具。當應用于量子計算時，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)果和準確性與之前經(jīng)過驗證的全面計算模型進行比較。
影響
使用量子模擬將大大提高科學家對化學過程的理解。這些過程是催化、光化學、生物化學和材料科學等領(lǐng)域的關(guān)鍵。這項工作是朝著創(chuàng)建復雜化學系統(tǒng)的準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算機來模擬化學系統(tǒng)提供了一條新途徑。
概括
量子計算有可能準確描述化學過程的量子行為。從實用的角度來看，今天的經(jīng)典計算機不可能為大中型化學系統(tǒng)執(zhí)行這項任務。另一方面，當前的量子計算設(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，這些算法需要復雜的電路和大量的量子比特，為進入計算留下了錯誤的空間。
為了解決量子計算設(shè)備出錯的可能性，研究人員開發(fā)了一種量子計算方法，該方法采用有限階連通矩展開和計算上可負擔的程序來準備系統(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)強度的模型作為測試用例來評估這種新方法的性能。量子計算的結(jié)果與已建立的經(jīng)典計算的結(jié)果一致。這一結(jié)果確立了新方法的魯棒性、靈活性和準確性。即使在解離和強相關(guān)限制下，該方法也與精確解保持良好一致，進一步證明了該方法的廣泛實用性。
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