在量子光子芯片上模拟量子系统结构的新算法

来自布里斯托大学，微软，谷歌，帝国理工学院，马克斯·普朗克研究所和中山大学的量子物理学家的国际合作推出了一种新算法，用于解决量子计算机上量子系统的能量结构。

他们已经在硅量子光子处理器上测试了该算法，该处理器使用光子(光的基本粒子)执行计算。

量子系统的能量结构由量化的能级组成，最低能级称为基态，而较高能级称为激发态。

特别是，这种新算法能够以一种在经典计算机上似乎没有直接类似物的方式找到激发态，从而提供了一种在微观层面研究物理和化学的新方法。

系统的基本化学和物理性质可以通过找到一组称为本征态的量化状态来表征，这些状态包含系统的基态(能量最小的状态)和激发态(能量较高的静止状态)。

谷歌量子AI实验室的作者Jarrod McClean说：“如果我们希望量子计算机对太阳能电池和电池等重要领域做出有意义的贡献，那么为激发态扩展工具包至关重要。”

预计大型量子计算机将能够模拟复杂的化学系统，这是经典计算机无法完成的任务，从而增加了我们对物理和化学的了解。

该研究今天发表在《科学进步》杂志上，由布里斯托大学物理学院的研究人员领导。

第一作者Raffaele Santagati博士说：“在这项工作中，我们提供了一种使用量子计算机研究量子系统特性的新工具。”

通过引入一种基于“本征状态见证”这一新颖概念的量子模拟方法，可以实现该目标，该量用于检测给定的量子状态是否接近系统的本征状态。

同样来自布里斯托大学的王建伟博士补充说：“我们成功地在硅量子光子芯片中测试了该协议的概念验证案例，显示了其在现实的短期量子器件中模拟更复杂系统的适用性。”

布里斯托尔(Bristol)示 威之后不久，伯克利UCA的杰里米·科利斯(Jeremy Colless)博士及其同事使用超导量子位通过实验证明了另一种方法。

研究人员预见，本文的主要发现将促进对所提出算法的改进和新应用程序的兴起进行研究。

先进的量子计算机将解锁强大的应用程序，并且有望在未来几十年内实现，届时将有大约200量子位的量子计算机可用。

Santagati博士补充说：“集成量子光子学的进一步发展，实现了更加复杂的设备，将使更有用的光子量子模拟器成为可能。”