量子光子芯片上量子系統結構模擬的新算法

他們在硅量子光子處理器上測試了這種算法，該處理器使用光子(光子的基本粒子)進行計算。

量子系統的能量結構由量子化能級組成，最低能級稱為基態，而較高能級稱為激發態。

特別是，這種新算法能夠以一種似乎在經典計算機上沒有直接模擬的方式找到激發態，提供了一種在微觀層面上研究物理和化學的新方法。

系統的基本化學和物理特性可以通過找到稱為本征態的特定量化狀態集來表征，其包含系統的基態(具有最小能量的狀態)和激發態(具有較高能量的靜止狀態)。

谷歌量子人工智能實驗室的作者Jarrod McClean表示：“如果我們希望量子計算機能夠為太陽能電池和電池等重要領域做出有意義的貢獻，那么擴大激動狀態的工具包至關重要。”

預計大型量子計算機將能夠模擬復雜的化學系統，這是經典計算機不可能完成的任務，增加了我們對物理和化學的認識。

該研究發表在“ 科學進步 ”雜志上， 由布里斯托大學物理學院的研究人員領導 。

主要作者 Raffaele Santagati博士 說：“在這項工作中，我們提供了一種用量子計算機研究量子系統特性的新工具。”

該目標是通過引入基于“本征態見證”的新概念的量子模擬方法來實現的，該概念是檢測給定量子態是否接近系統的本征態的量。

同樣來自布里斯托大學的王建偉博士補充道：“我們成功地在硅量子光子芯片中測試了概念驗證案例的協議，展示了它在現實短期量子器件中模擬更復雜系統的適用性。”

在布里斯托爾演示后不久，另一種方法已由伯克利UCA的Jeremy Colless博士及其同事用超導量子比特實驗證明。

研究人員預計，本文的主要發現將促進對提出的算法的改進和新應用的興起的研究。

先進的量子計算機將解鎖強大的應用程序，預計在未來幾十年內可以實現這一目標，屆時將有大約200個量子比特的量子計算機可用。

Santagati博士補充說：“進一步開發集成量子光子學，實現更復雜的器件，將使更有用的光子量子模擬器成為可能。”