[ad_1]
Naukowcy z U.S. Naval Research Laboratory (NRL) opublikowali algorytm Cascaded Variational Quantum Eigensolver (CVQE) w najnowszym artykule pt. Physical Review Research artykuł, który ma stać się potężnym narzędziem do badania właściwości fizycznych w układach elektronicznych.
Algorytm CVQE jest wariantem algorytmu Variational Quantum Eigensolver (VQE), który wymaga wykonania zestawu obwodów kwantowych tylko raz, a nie przy każdej iteracji podczas procesu optymalizacji parametrów, zwiększając w ten sposób przepustowość obliczeniową.
„Oba algorytmy wytwarzają stan kwantowy zbliżony do stanu podstawowego układu, który jest używany do określenia wielu właściwości fizycznych układu” – powiedział dr John Stenger, fizyk badawczy z Sekcji Chemii Teoretycznej. „Obliczenia, które wcześniej zajmowały miesiące, teraz można wykonać w ciągu kilku godzin”.
Algorytm CVQE wykorzystuje komputer kwantowy do sondowania potrzebnych funkcji masy prawdopodobieństwa i komputer klasyczny do wykonywania pozostałych obliczeń, w tym minimalizacji energii.
„Znalezienie minimalnej energii jest trudne obliczeniowo, ponieważ rozmiar przestrzeni stanów rośnie wykładniczo wraz z rozmiarem systemu” – powiedział dr Steve Hellberg, fizyk badawczy z Sekcji Teorii Zaawansowanych Materiałów Funkcjonalnych. „Z wyjątkiem bardzo małych systemów, nawet najpotężniejsze superkomputery na świecie nie są w stanie znaleźć dokładnego stanu podstawowego”.
Aby sprostać temu wyzwaniu, naukowcy używają komputera kwantowego z rejestrem kubitów, którego przestrzeń stanów również rośnie wykładniczo, w tym przypadku z kubitami. Reprezentując stany systemu fizycznego w przestrzeni stanów rejestru, komputer kwantowy może być wykorzystywany do symulacji stanów w wykładniczo dużej przestrzeni reprezentacji systemu.
Dane można następnie wyodrębnić za pomocą pomiarów kwantowych. Ponieważ pomiary kwantowe nie są deterministyczne, wykonywanie obwodów kwantowych musi być wielokrotnie powtarzane w celu oszacowania rozkładów prawdopodobieństwa opisujących stany, co jest procesem znanym jako próbkowanie. Wariacyjne algorytmy kwantowe, w tym algorytm CVQE, identyfikują stany próbne za pomocą zestawu parametrów, które są zoptymalizowane pod kątem minimalizacji energii.
„Kluczową różnicą między oryginalną metodą VQE a nową metodą CVQE jest to, że w tej drugiej procesy próbkowania i optymalizacji zostały oddzielone, dzięki czemu próbkowanie może być wykonywane wyłącznie na komputerze kwantowym, a parametry przetwarzane wyłącznie na komputerze klasycznym” – powiedział Dan Gunlycke, doktor filozofii, kierownik sekcji chemii teoretycznej, który kieruje również wysiłkami NRL w zakresie obliczeń kwantowych. „Nowe podejście ma również inne zalety. Forma przestrzeni rozwiązań nie musi być zgodna z wymaganiami symetrii rejestru kubitów, a zatem znacznie łatwiej jest kształtować przestrzeń rozwiązań i implementować symetrie systemu oraz inne fizycznie umotywowane ograniczenia, co ostatecznie doprowadzi do dokładniejszych przewidywań właściwości układu elektronowego”.
Obliczenia kwantowe są elementem nauki kwantowej, która została wyznaczona jako Krytyczny Obszar Technologiczny w ramach Wizji Technologicznej USD(R&E) dla Ery Konkurencji przez Podsekretarza Obrony ds. Badań i Inżynierii Heidi Shyu.
„Zrozumienie właściwości systemów kwantowo-mechanicznych ma zasadnicze znaczenie dla rozwoju nowych materiałów i chemii dla Marynarki Wojennej i Korpusu Piechoty Morskiej” – powiedział Gunlycke. „Korozja, na przykład, jest wszechobecnym wyzwaniem kosztującym Departament Obrony miliardy każdego roku. Algorytm CVQE może być wykorzystywany do badania reakcji chemicznych powodujących korozję i dostarczania krytycznych informacji naszym istniejącym zespołom antykorozyjnym w ich dążeniu do opracowania lepszych powłok i dodatków”.
[ad_2]