量子計(jì)算機(jī)就像經(jīng)典計(jì)算機(jī)一樣，僅與我們提供的指令一樣好。而且盡管量子計(jì)算是當(dāng)今科學(xué)界最熱門的主題之一，但對于量子計(jì)算機(jī)而言，指令或算法仍然有很長的路要走。 加州理工學(xué)院的布倫化學(xué)教授Garnet Chan正在解決這個問題。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(fèi)爾南多·布蘭道(Fernando Brandao)和 機(jī)械工程與應(yīng)用物理學(xué)教授奧斯汀·明尼希(Austin Minnich)共同開發(fā)了一種量子計(jì)算機(jī)算法，該算法將幫助他們在物理模擬中找到應(yīng)用科學(xué)。

該算法源自經(jīng)典計(jì)算中已經(jīng)使用的一種算法，稱為虛時演化。Chan的新算法專為在量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行而設(shè)計(jì)，被恰當(dāng)?shù)胤Q為量子虛時間演化，并允許用戶找到給定分子或材料的最低能量。

我們和Chan一起坐下來談?wù)撍难芯考捌鋵α孔佑?jì)算的意義。

總而言之，您的新研究取得了什么成就?

人們對量子計(jì)算機(jī)可以在物理科學(xué)中解決哪些問題產(chǎn)生了極大的興趣。許多人感興趣的問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(jì)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(jì)算機(jī)上運(yùn)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(tǒng)的能量，哈密頓量的基態(tài)是問題的最穩(wěn)定狀態(tài)。在正常條件下，大多數(shù)物理系統(tǒng)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(jì)算機(jī)上執(zhí)行這些計(jì)算具有挑戰(zhàn)性?

當(dāng)前，量子設(shè)備會在短時間后脫粘，這意味著需要重新校準(zhǔn)計(jì)算機(jī)，并且除非重新安裝計(jì)算機(jī)，否則無法將其用于計(jì)算。這意味著我們需要找到一種對它們進(jìn)行高效計(jì)算的方法，以便在出現(xiàn)退相干之前解決我們的問題。

您的算法是做什么的?

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

這種算法的發(fā)展對量子計(jì)算意味著什么?

量子計(jì)算機(jī)仍然很新，我們?nèi)匀恍枰獙W(xué)習(xí)它們將對什么有用。因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在幾乎無法使用它們，所以答案的一部分在于開發(fā)可以在極短的時間內(nèi)在它們上運(yùn)行的高效程序。我們的工作為評估現(xiàn)有量子計(jì)算機(jī)的功能提供了基礎(chǔ)，這將有助于告訴我們未來的期望。