En køreplan for fremtiden for kvantesimulering

En køreplan for den fremtidige retning af kvantesimulering er blevet opstillet i et papir, der er medforfattet ved University of Strathclyde.

Kvantecomputere er enormt kraftfulde enheder med en kapacitet til hastighed og beregning, som er langt uden for rækkevidde af klassisk eller binær computerbehandling. I stedet for et binært system af nuller og enere, fungerer det gennem superpositioner, som kan være nuller, etere eller begge på samme tid.

Den kontinuerligt udviklende udvikling af kvantecomputere har nået det punkt, hvor de har en fordel i forhold til klassiske computere for et kunstigt problem. Det kan have fremtidige anvendelser på en lang række områder. En lovende klasse af problemer involverer simulering af kvantesystemer med potentielle anvendelser såsom udvikling af materialer til batterier, industriel katalyse og nitrogenfiksering.

Avisen, udgivet i Nature , udforsker muligheder på kort og mellemlang sigt for kvantesimulering på analoge og digitale platforme for at hjælpe med at evaluere potentialet i dette område. Det er blevet skrevet i fællesskab af forskere fra Strathclyde, Max Planck Institute of Quantum Optics, Ludwig Maximilians University i München, München Center for Quantum Science and Technology, University of Innsbruck, Institute for Quantum Optics and Quantum Information of the Austrian Academy of Sciences og Microsoft Corporation.

Professor Andrew Daley, fra Strathclydes Institut for Fysik, er hovedforfatter af papiret. Han siger, at "der er sket en stor spændende fremgang inden for analog og digital kvantesimulering i de senere år, og kvantesimulering er et af de mest lovende felter inden for kvanteinformationsbehandling. Det er allerede ret modent, både hvad angår algoritmeudvikling , og i tilgængeligheden af ​​betydeligt avancerede analoge kvantesimuleringseksperimenter internationalt."

"I computerhistorien har klassisk analog og digital databehandling eksisteret side om side i mere end et halvt århundrede med en gradvis overgang til digital databehandling, og vi forventer, at det samme vil ske med fremkomsten af ​​kvantesimulering."

"Som et næste skridt i udviklingen af ​​denne teknologi er det nu vigtigt at diskutere 'praktisk kvantefordel', det punkt, hvor kvanteenheder vil løse problemer af praktisk interesse, som ikke kan håndteres for traditionelle supercomputere."

"Mange af de mest lovende kortsigtede anvendelser af kvantecomputere falder ind under paraplyen af ​​kvantesimulering:modellering af kvanteegenskaberne af mikroskopiske partikler, der er direkte relevante for at forstå moderne materialevidenskab, højenergifysik og kvantekemi."

"Kvantesimulering burde være mulig i fremtiden på fejltolerante digitale kvantecomputere med mere fleksibilitet og præcision, men det kan også allerede i dag gøres for specifikke modeller gennem specielle analoge kvantesimulatorer. Dette sker på en analog måde med undersøgelsen af aerodynamik, som kan udføres enten i en vindtunnel eller gennem simuleringer på en digital computer. Hvor aerodynamik ofte bruger en mindre skalamodel til at forstå noget stort, tager analoge kvantesimulatorer ofte en større skalamodel for at forstå noget endnu mindre."

"Analoge kvantesimulatorer bevæger sig nu fra at levere kvalitative demonstrationer af fysiske fænomener til at levere kvantitative løsninger på indfødte problemer. En særlig spændende vej frem på kort sigt er udviklingen af ​​en række programmerbare kvantesimulatorer, der hybridiserer digitale og analoge teknikker. Dette rummer stor betydning. potentiale, fordi det kombinerer de bedste fordele fra begge sider ved at gøre brug af de native analoge operationer til at producere stærkt sammenfiltrede tilstande." + Udforsk yderligere

Quantum computer fungerer med mere end nul og én