量子計算機就像經(jīng)典計算機一樣，僅與我們提供的指令一樣好。而且盡管量子計算是當今科學(xué)界最熱門(mén)的主題之一，但對于量子計算機而言，指令或算法仍然有很長(cháng)的路要走。 加州理工學(xué)院的布倫化學(xué)教授Garnet Chan正在解決這個(gè)問(wèn)題。在一份 新論文中，他描述了他如何與 布倫理論物理學(xué)教授費爾南多·布蘭道(Fernando Brandao)和 機械工程與應用物理學(xué)教授奧斯汀·明尼希(Austin Minnich)共同開(kāi)發(fā)了一種量子計算機算法，該算法將幫助他們在物理模擬中找到應用科學(xué)。

該算法源自經(jīng)典計算中已經(jīng)使用的一種算法，稱(chēng)為虛時(shí)演化。Chan的新算法專(zhuān)為在量子計算機上運行而設計，被恰當地稱(chēng)為量子虛時(shí)間演化，并允許用戶(hù)找到給定分子或材料的最低能量。

我們和Chan一起坐下來(lái)談?wù)撍难芯考捌鋵α孔佑嬎愕囊饬x。

總而言之，您的新研究取得了什么成就?

人們對量子計算機可以在物理科學(xué)中解決哪些問(wèn)題產(chǎn)生了極大的興趣。許多人感興趣的問(wèn)題之一是如何模擬分子和材料的基態(tài)。我們的新論文提出了一種計算哈密頓量基態(tài)的方法，該方法可以在資源很少的近期量子計算機上運行。

什么是哈密頓量，為什么要知道它的基態(tài)?

哈密??頓量表示系統的能量，哈密頓量的基態(tài)是問(wèn)題的最穩定狀態(tài)。在正常條件下，大多數物理系統并不太興奮，因此它們的生命狀態(tài)接近其基態(tài)。

例如，如果我們想模擬水，我們可以看看水被噴入等離子(一種帶電荷的氣體)后的行為，但這并不是通常所見(jiàn)的狀態(tài)。它不是水的基態(tài)?；鶓B(tài)對于在普通條件下理解世界特別有用。

為什么在量子計算機上執行這些計算具有挑戰性?

當前，量子設備會(huì )在短時(shí)間后脫粘，這意味著(zhù)需要重新校準計算機，并且除非重新安裝計算機，否則無(wú)法將其用于計算。這意味著(zhù)我們需要找到一種對它們進(jìn)行高效計算的方法，以便在出現退相干之前解決我們的問(wèn)題。

您的算法是做什么的?

關(guān)于如何在量子計算機上獲得基態(tài)的提議很多。第一個(gè)算法是Alexei Kitaev [Caltech的Ronald和Maxine Linde理論物理學(xué)和數學(xué)教授]，但是不幸的是，這種稱(chēng)為相位估計的算法需要太多指令，并且無(wú)法在當前的量子計算機分解之前實(shí)現。另一種方法稱(chēng)為變分方法，實(shí)施起來(lái)非常簡(jiǎn)單，但實(shí)際上卻沒(méi)有那么精確。我們想找到一種可能與相位估計一樣精確的方法，但也可以在當今的量子計算機上進(jìn)行實(shí)際編程

這種算法的發(fā)展對量子計算意味著(zhù)什么?

量子計算機仍然很新，我們仍然需要學(xué)習它們將對什么有用。因為我們現在幾乎無(wú)法使用它們，所以答案的一部分在于開(kāi)發(fā)可以在極短的時(shí)間內在它們上運行的高效程序。我們的工作為評估現有量子計算機的功能提供了基礎，這將有助于告訴我們未來(lái)的期望。