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域的關鍵。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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