Группа ученых из лаборатории Ames, Министерства энергетики США, разработала вычислительные квантовые алгоритмы, способные эффективно и с высокой точностью моделировать статические и динамические свойства квантовых систем. Алгоритмы являются полезными инструментами для более глубокого понимания физики и химии сложных материалов, и они специально разработаны для работы на существующих и будущих квантовых компьютерах.
Ученый Юн-Синь Яо и его коллеги использовали в лаборатории преимущества передовых компьютеров для ускорения открытий в физике конденсированных сред, моделируя невероятно сложную квантовую механику и то, как она меняется в сверхбыстрых временных масштабах. Современные высокопроизводительные компьютеры могут моделировать свойства простых систем, небольших квантовых систем, но при моделировании более сложные систем, значительно возрастает общий объем вычислений, которые компьютер должен выполнить, чтобы получить точную модель, замедляя скорость не только вычислений, но и открытий, пишет scitechdaily.com.
«Это реальная проблема, учитывая текущую стадию развития квантовых вычислений, — сказал Яо, — однако данная ситуация создает хорошие возможности».
Новые алгоритмы используют возможности существующих квантовых компьютеров, адаптивно генерируя, а затем адаптируя количество и разнообразие «обоснованных предположений», которые компьютер должен сделать, чтобы точно описать состояние с наименьшей энергией и развивающуюся квантовую механику системы. Алгоритмы масштабируемы, что позволяет им точно моделировать даже более крупные системы с помощью существующих современных «шумных» (допускающих ошибки) квантовых компьютеров и их ближайших итераций.
«Точное моделирование молекулярных систем — это только первая цель», — сказал Яо. — Мы видим потенциал в использовании системы для решения сложных задач материаловедения. Благодаря возможностям этих двух алгоритмов мы можем направлять экспериментаторов в их поисках по управлению свойствами материалов, такими как магнетизм, сверхпроводимость, химическими реакциями».
«Наша главная задача — добиться «квантового преимущества» для материалов — использовать квантовые вычисления для достижения возможностей, которые не могут быть достигнуты ни на одном суперкомпьютере сегодня», — сказал научный сотрудник лаборатории Эймса Питер Орт.
