量子計算推動模擬向前發(fā)展

盡管“耦合振蕩”聽起來可能不太熟悉，但它們在自然界中無處不在。術(shù)語“耦合諧振子”描述了質(zhì)量和彈簧的相互作用系統(tǒng)，但它們在科學和工程中的用途并不止于此。他們描述了橋梁等機械系統(tǒng)、原子之間的結(jié)合，甚至地球和月球之間的引力潮汐效應(yīng)。了解這些問題使我們能夠探索從化學到工程到材料科學等一系列相應(yīng)的系統(tǒng)。

耦合振蕩系統(tǒng)通常以球和彈簧模型為代表，隨著更多振蕩器的添加，耦合振蕩系統(tǒng)變得越來越復雜。太平洋西北國家實驗室 (PNNL) 聯(lián)合任命者和多倫多大學教授 Nathan Wiebe 創(chuàng)建了一種新的量子算法，現(xiàn)在可以更快、更高效地模擬這種復雜的耦合振蕩器系統(tǒng)。這些結(jié)果發(fā)表在《Physical Review X》上。

Wiebe 與谷歌量子人工智能和澳大利亞悉尼麥考瑞大學的研究人員合作，開發(fā)了一種算法，用于在量子計算機上模擬耦合質(zhì)量和彈簧的系統(tǒng)。研究人員隨后提供了新算法相對于經(jīng)典算法的指數(shù)優(yōu)勢的證據(jù)。

這種加速是通過將耦合振蕩器的動力學映射到薛定諤方程(經(jīng)典牛頓方程的量子對應(yīng))來實現(xiàn)的。從那里，可以使用哈密頓方法來模擬系統(tǒng)。

從本質(zhì)上講，這種方法允許科學家使用比傳統(tǒng)方法少得多的量子比特來表達耦合振蕩器的動力學。然后，研究人員可以使用指數(shù)級更少的操作來模擬系統(tǒng)。

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