Kuantum bilgisayarlar alanında bir başka atılım
Bugün tasavvur edilen büyük ölçekli, hata düzeltici kuantum bilgisayarlar hala onlarca yıl sürebilir, ancak bilim adamları, hatalara veya "gürültüye" rağmen yararlı sorunları çözmek için mevcut ve yeni kuantum işlemcileri kullanmanın yollarını aktif olarak bulmaya çalışıyorlar. Ve kısıtlanın. Önemli bir uygulama, moleküler özelliklerin simülasyonudur.Uzun vadede, bu, ilaç keşfinde önemli gelişmeler ve ilerlemelere yol açacak, ancak gürültülü hesaplamalar nedeniyle sonuçları karıştırmayacaktır. Şimdi, Virginia Tech'teki bir kimya ve fizik araştırma ekibi, moleküler özellikleri gürültülü bir kuantum bilgisayarda daha verimli bir şekilde hesaplayabilen ve gelişmiş kuantum simülasyonları sağlayan bir algoritma tasarladı.
Öğretim üyeleri Ed Barnes, Sophia Economou ve Virginia Tech's School of Science'tan Nick Mayhall, Nature Communications'da bu araştırmanın sonuçlarını yayınladılar. Kuantum bilgisayarların, günümüzde kullanılan "klasik" bilgisayarlardan daha verimli bir şekilde belirli hesaplama türlerini gerçekleştirmesi bekleniyor.
Bununla birlikte, kuantum bilgisayarların, bilgi bitlerine bir dizi mantık kapısı (araştırmada, birlikte bir kuantum devresi oluşturan "kuantum kapıları") uygulayarak algoritmalar çalıştırması klasik bilgisayarlara benzer. Günümüzün gürültülü kuantum bilgisayarları için sorun, bir devrede çok fazla gürültünün birikmesi, böylece hesaplamanın azaltılması ve gelecekteki hesaplamaların yanlış hale gelmesidir.
Bilim adamları için kısa ve doğru devreler tasarlamak zor.Virginia Tech ekibi, devreyi yinelemeli bir şekilde büyütme yöntemi geliştirerek bu sorunu çözdü. Kimya Bölümü'nde yardımcı doçent olan Mayhall, şunları söyledi: Minimal bir devre ile başlıyoruz ve ardından bilgisayar bir çözüm bulana kadar tek tek kısa devrede mantık kapıları ekliyoruz. Algoritmanın ikinci büyük avantajı, Barnes, Economou ve Mayhall'ın kendilerini simüle edilen moleküler sisteme göre ayarlamalarıdır. Farklı moleküller, kendileri için uyarlanmış kendi devrelerini belirleyecektir.
Kimya Bölümü ve Virginia Tech Fizik Bölümü (barnes, Economou ve Mayhall ile bu iki bölümden yüksek lisans ve doktora sonrası ekipler) arasındaki disiplinlerarası işbirliği, Ulusal Bilim Vakfı ve ABD Enerji Bakanlığı'ndan toplam 2,8 milyon dolardan fazla fon aldı. . Virginia Tech ve IBM, araştırmacıların IBM'in kuantum bilgi işlem donanımını kullanmalarına olanak sağlamak için bir ortaklık kurdu. Fizik Bölümü'nde doçent olan Economou şunları söyledi: Virginia Tech'teki ekip, algoritmamızı bir IBM işlemciye uygulamayı içeren bir sonraki adımımız konusunda çok heyecanlı. Kimyasal sistemlerin kuantum simülasyonu, yakın gelecekte kuantum bilgisayarların en umut verici uygulamalarından biridir.
Değişken kuantum özçözücü, kuantum donanımında moleküler simülasyon için lider bir algoritmadır, ancak ciddi bir sınırlaması vardır, yani, yaklaşık dalga fonksiyonunu ve enerjiyi elde etmek için genellikle önceden seçilmiş dalga fonksiyonu ansatz'a dayanır. Yeni araştırma, keyfi olarak hassas bir varyasyonel algoritma öneriyor ve bir ansatz'ı önceden sabitlemek yerine, molekülleri simüle edecek şekilde sistematik olarak her seferinde bir tane operatör ekliyor. Bu, az sayıda parametreye sahip bir ansatz üretir ve sığ derinlik devrelerine neden olur. Araştırma, algoritmanın devre derinliği ve kimyasal doğruluk açısından tek birleştirme kümeleme yönteminden çok daha iyi performans gösterdiğini gösteren tipik bir kuvvetle ilişkili molekülü içeren sayısal simülasyonlar sağlar.Araştırmanın sonuçları, uyarlanabilir algoritmaların mevcut ve son kuantum donanımını vurgulamaktadır. Doğru simülasyon potansiyeli.
