Các thuật toán mới cải tiến Nâng cao sức mạnh tính toán của máy tính lượng tử giai đoạn đầu

Một nhóm các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Ames của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã phát triển các thuật toán lượng tử tính toán có khả năng mô phỏng hiệu quả và chính xác cao về các đặc tính tĩnh và động của các hệ lượng tử. Các thuật toán là công cụ có giá trị để có được cái nhìn sâu sắc hơn về vật lý và hóa học của các vật liệu phức tạp và chúng được thiết kế đặc biệt để hoạt động trên các máy tính lượng tử hiện tại và tương lai gần.

Nhà khoa học Yong-Xin Yao và các đối tác nghiên cứu của ông tại Ames Lab sử dụng sức mạnh của máy tính tiên tiến để tăng tốc độ khám phá trong vật lý vật chất cô đặc, mô hình hóa cơ học lượng tử vô cùng phức tạp và cách chúng thay đổi theo khoảng thời gian cực nhanh. Các máy tính hiệu suất cao hiện nay có thể mô hình hóa các thuộc tính của các hệ lượng tử rất đơn giản, nhỏ, nhưng các hệ thống lớn hơn hoặc phức tạp hơn nhanh chóng mở rộng số lượng phép tính mà một máy tính phải thực hiện để đưa ra một mô hình chính xác, làm chậm tốc độ không chỉ của tính toán mà còn cả việc khám phá .

Yao nói: “Đây là một thách thức thực sự trong giai đoạn đầu hiện tại của khả năng tính toán lượng tử , nhưng nó cũng là một cơ hội rất hứa hẹn, vì những tính toán này áp đảo các hệ thống máy tính cổ điển hoặc mất quá nhiều thời gian để đưa ra câu trả lời kịp thời. ”

Các thuật toán mới khai thác các khả năng của các khả năng máy tính lượng tử hiện có bằng cách tạo ra một cách thích ứng và sau đó điều chỉnh số lượng và nhiều loại “phỏng đoán có học thức” mà máy tính cần thực hiện để mô tả chính xác trạng thái năng lượng thấp nhất và cơ học lượng tử đang phát triển của một hệ thống. Các thuật toán có thể mở rộng, giúp chúng có thể mô hình hóa các hệ thống lớn hơn một cách chính xác với các máy tính lượng tử “ồn ào” (dễ vỡ và dễ bị lỗi) hiện tại và các lần lặp lại trong tương lai gần của chúng.

Yao cho biết: “Mô hình hóa chính xác các hệ thống spin và phân tử chỉ là phần đầu tiên của mục tiêu,“ Trong ứng dụng, chúng tôi thấy điều này được sử dụng để giải quyết các vấn đề khoa học vật liệu phức tạp. Với khả năng của hai thuật toán này, chúng tôi có thể hướng dẫn các nhà thực nghiệm trong nỗ lực kiểm soát các đặc tính của vật liệu như từ tính, tính siêu dẫn, phản ứng hóa học và chuyển đổi quang năng ”.

Nhà khoa học Peter Orth của Phòng thí nghiệm Ames cho biết: “Mục tiêu dài hạn của chúng tôi là đạt được ‘lợi thế lượng tử’ đối với vật liệu – sử dụng tính toán lượng tử để đạt được những khả năng không thể đạt được trên bất kỳ siêu máy tính nào.

Chủ đề này được thảo luận sâu hơn trong hai bài báo: (1) “ Mô phỏng động lực lượng tử biến thiên thích ứng ,” tác giả Y.-X. Yao, N. Gomes, F. Zhang, C.-Z. Wang, K.-M. Ho, T. Iadecola, và PP Orth; và được xuất bản trên PRX Quantum; (2) “ Phương pháp tiếp cận tiến hóa theo thời gian tưởng tượng lượng tử biến đổi thích ứng để chuẩn bị trạng thái mặt đất ,” tác giả N. Gomes, A. Mukherjee, F. Zhang, T. Iadecola, C.-Z. Wang, K.-M. Ho, PP Orth, Y.-X. Yao; được chấp nhận trong Công nghệ lượng tử nâng cao .

Phòng thí nghiệm Ames là Phòng thí nghiệm Quốc gia thuộc Văn phòng Khoa học Năng lượng Hoa Kỳ do Đại học Bang Iowa điều hành. Phòng thí nghiệm Ames tạo ra các vật liệu, công nghệ và giải pháp năng lượng sáng tạo. Chúng tôi sử dụng chuyên môn, khả năng độc đáo và sự hợp tác liên ngành của mình để giải quyết các vấn đề toàn cầu.

Phòng thí nghiệm Ames được hỗ trợ bởi Văn phòng Khoa học của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Văn phòng Khoa học là đơn vị hỗ trợ lớn nhất cho nghiên cứu cơ bản trong khoa học vật lý ở Hoa Kỳ và đang làm việc để giải quyết một số thách thức cấp bách nhất của thời đại chúng ta.

Theo Scitechdaily