Er is een nieuwe techniek ontdekt om de eigenschappen van moleculen en materialen te bestuderen op een kwantumsimulator.

De baanbrekende nieuwe techniek, door natuurkundige Oleksandr Kyriienko van de Universiteit van Exeter, zou een nieuwe weg kunnen banen naar de volgende generatie kwantumcomputers.

Huidige kwantumcomputermethoden om de eigenschappen van moleculen en materialen op zo'n kleine schaal te bestuderen, zijn afhankelijk van een ideale fouttolerante kwantumcomputer of variatietechnieken.

Deze nieuwe voorgestelde aanpak, vertrouwt in plaats daarvan op de implementatie van kwantumevolutie die in veel systemen direct beschikbaar zou zijn. De aanpak is gunstig voor moderne state-of-the-art kwantumopstellingen, met name met inbegrip van koude atoomroosters, en kan dienen als software voor toekomstige toepassingen in de materiaalwetenschap.

De studie zou de weg kunnen effenen voor het bestuderen van de eigenschappen van sterk gecorreleerde systemen, inclusief felbegeerd Fermi-Hubbard-model, die mogelijk de verklaring kan bieden voor supergeleiding bij hoge temperaturen.

Het onderzoek is gepubliceerd in het nieuwe tijdschrift Nature npj Quantum-informatie .

Dr. Kyriienko, een deel van de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Exeter en hoofdauteur zei:"Tot nu toe heb ik gezien dat het vermogen om kwantumdynamica uit te voeren kan worden gebruikt voor het vinden van de eigenschappen van de grondtoestand.

"De vraag, echter, overblijfselen - kunnen we het gebruiken voor het bestuderen van opgewonden toestanden? Kunnen we een ander krachtig algoritme bedenken op basis van de principes? De ervaring leert dat dit mogelijk is, en zal een onderwerp zijn van toekomstige inspanningen."

Het idee van kwantumsimulatie werd in 1982 voorgesteld door Nobelprijswinnaar Richard Feynman, waar hij suggereerde dat kwantummodellen het meest natuurlijk kunnen worden gesimuleerd als we een goed gecontroleerd en inherent kwantumsysteem gebruiken.

Ontwikkelen op dit idee, een aparte tak van de kwantuminformatiewetenschap is ontstaan, gebaseerd op het begrip kwantumcomputer - een universeel kwantumapparaat waarbij digitale reeksen van bewerkingen (kwantumpoorten) het mogelijk maken om bepaalde problemen op te lossen met een superieure schaling van de vereiste werking in vergelijking met conventionele klassieke computers.

Echter, de oorspronkelijke bedoeling van Feynman, die later analoge kwantumsimulatie werd genoemd, werd tot nu toe vooral gebruikt voor het observeren van dynamische eigenschappen van kwantumsystemen, terwijl het uitsluiten van het vinden van de grondtoestand geassocieerd met verschillende rekentaken.

In de nieuwe studie Oleksandr Kyriienko heeft aangetoond dat het mogelijk is om sequentiële evolutie van het systeem te benutten met golffunctie-overlapmetingen, zodat een effectieve studie van grondtoestandseigenschappen mogelijk wordt met analoge kwantumsimulatoren.

De belangrijkste techniek die het mogelijk maakt om de grondtoestand te bereiken, is een effectieve weergave van een niet-unitaire operator die de grondtoestand "destilleert" door de som van unitaire evolutieoperatoren voor verschillende evolutietijden uit te voeren.

belangrijk, de studie suggereert dat de dynamiek van het kwantumsysteem een ​​waardevolle hulpbron is voor berekeningen, omdat het vermogen om het systeem te verspreiden in combinatie met overlapmetingen toegang kan geven tot het lage-temperatuurspectrum van een kwantumsysteem dat zijn gedrag bepaalt.

De bevindingen vormen het raamwerk met op dynamiek gebaseerde kwantumsimulatie met behulp van programmeerbare kwantumsimulators, en dienen als kwantumsoftware voor veel goed gecontroleerde kwantumroostersystemen waar een groot aantal atomen (~ 100) klassieke simulatie uitsluit.

Dit kan op zijn beurt een revolutie teweegbrengen in ons begrip van complexe systemen van gecondenseerde materie en chemie.