En mere effektiv metode til modellering af elektroner i materialer

En af de mest betydningsfulde udfordringer i den globale F &U -indsats mod bedre energiteknologier - effektiv og præcis materialesimulering - kan være et skridt tættere på at blive løst, baseret på nye teknikker frigivet af britisk-baseret kvantesoftware opstart Phasecraft.

Den nye peer-reviewed undersøgelse i Fysisk gennemgang B tidsskrift fra American Physical Society opstiller en ny teknik til modellering af fermioniske partikler - som elektroner - som reducerer de kvantehardware -ressourcer, der er nødvendige for at udføre simuleringer, betydeligt.

Phasecrafts Joel Klassen, der ledede undersøgelsen, forklaret, "En af de mest spændende potentielle applikationer til kvanteberegning er at simulere fysiske systemer som materialer. Brug af nye værktøjer, ligesom kvantecomputere, at udvikle en bedre forståelse af, hvordan den naturlige verden fungerer, har historisk ofte ført til dramatiske teknologiske gennembrud. Vores resultater reducerer de ressourcer, der kræves for at udføre disse simuleringer, bringe denne applikation tættere på virkeligheden. "

"Mange vigtige områder som kemi og materialevidenskab beskæftiger sig med dynamikken i fermionpartikler i fysiske systemer - i form af elektroner. Fermioner er notorisk svære at simulere på almindelige computere, så det ville give en effektiv simulering af dem på en kvanteenhed en hurtigere vej til at tackle hårde problemer på disse forskningsområder, såsom forståelse af høj temperatur superledning eller forbedring af kemisk reaktionseffektivitet, "sagde Charles Derby, et Phasecraft -teammedlem og ph.d. kandidat ved UCL, der ledede forskningen.

"Vores kompakte repræsentation af fermioner udkonkurrerer alle tidligere repræsentationer, der forbedrer hukommelsesbrug og algoritmestørrelse hver med mindst 25%-et betydeligt skridt i retning af praktiske videnskabelige anvendelser på kortsigtede kvantecomputere."

Selvom kvantehardware har oplevet betydelige forbedringer i de seneste år, eksisterende enheder forbliver begrænsede og tilbøjelige til en opbygning af fejl, og der er et hul mellem, hvad hardware kan, og ressourcerne, softwaren har brug for. Den nye modelleringsteknik hjælper ikke kun med at lukke dette hul, men har den ekstra fordel at være i stand til at opdage fejl i beregningen. Hovedforfatterne, sammen med deres samarbejdspartnere, Toby Cubitt og Johannes Bausch på Phasecraft, fastlæg, hvordan denne ekstra funktion kan bruges til at hjælpe med at løse disse fejl.

Baseret på disse fund, Phasecraft udfører små eksperimenter for at demonstrere disse ressourceforbedringer og metoder til fejlreducering på kvantehardware, samt arbejde med etablerede branchepartnere for at undersøge, hvordan de kan anvendes til simulering af batterimateriale.

"En anden overbevisende del af denne nye tilgang er fejldetektering og afhjælpning integreret i fermionkodningen, som er særligt vigtige på kort sigt, støjende kvantehardware, "forklarede Phasecraft -konsulent og forskningsbidragsyder Johannes Bausch.

Phasecraft medstifter og forskningsbidragsyder Toby Cubitt kommenterede "På Phasecraft, vi sigter mod at fremskynde tidslinjen for kvantefordele. Denne nye forskning fortsætter vores banebrydende resultater for at skabe kompakte, ressourceeffektiv, fejl-elastisk software designet til den begrænsede kapacitet af nærtids kvantehardware. Ved at udvikle disse nye teknikker, der er tilpasset kvantehardwares begrænsninger, Phasecraft muliggør muligvis gennembrud inden for energieffektivitet og lagring, kemi, og langt videre. "