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英國研究人員利用量子計算機(jī)提高電池和太陽能電池效率

來源： | 發(fā)布日期：2022-10-31

包括布里斯托大學(xué)專家在內(nèi)的一個研究小組開發(fā)了一種用于量子計算機(jī)的尖端算法，旨在提高電池和太陽能電池的效率。

研究人員與量子初創(chuàng)公司Phasecraft和 Google Quantum AI 合作，研究人員的量子計算算法揭示了電子系統(tǒng)的特性，這些特性可以使一系列綠色技術(shù)更加環(huán)保。

這一突破標(biāo)志著在使用量子計算機(jī)來識別經(jīng)典計算機(jī)無法解決的強(qiáng)相關(guān)電子系統(tǒng)的低能特性方面取得了重大進(jìn)展。

他們的新算法是第一個能夠在量子計算機(jī)上觀察 Fermi-Hubbard 模型的基態(tài)特性的算法——該模型可以將寶貴的信息揭示為材料的電子和磁性特性。

研究論文“在量子計算機(jī)上使用可擴(kuò)展算法觀察費米-哈伯德模型的基態(tài)特性”發(fā)表在《自然通訊》上。

什么是費米-哈伯德模型？

以這種方式對量子計算機(jī)進(jìn)行建模具有許多潛在的好處，例如有助于設(shè)計可用于設(shè)計更有效的電池和太陽能電池甚至高溫超導(dǎo)體的新材料。然而，實現(xiàn)這樣的壯舉甚至超出了世界上最強(qiáng)大的超級計算機(jī)的能力。

Fermi-Hubbard 模型被公認(rèn)為是近期量子計算機(jī)的領(lǐng)先基準(zhǔn)，因為它是最簡單的材料系統(tǒng)，包括超越經(jīng)典方法所獲得的非平凡相關(guān)性。產(chǎn)生費米-哈伯德模型的最低能量（基）狀態(tài)允許用戶計算模型的重要物理特性。

英國研究人員利用量子計算機(jī)提高電池和太陽能電池效率

將量子計算推向前所未有的水平

以前，專家們只能設(shè)法在量子計算機(jī)上解決小型、高度簡化的 Fermi-Hubbard 實例。通過利用一種新的高效算法和先進(jìn)的錯誤緩解技術(shù)，他們進(jìn)行了一項實驗，該實驗比以前記錄的任何實驗都要大四倍，包含的量子門多十倍。

布里斯托大學(xué)量子計算教授、Phasecraft 聯(lián)合創(chuàng)始人 Ashley Montanaro 評論說：“本實驗中的 Fermi-Hubbard 實例代表了使用量子計算機(jī)解決現(xiàn)實材料系統(tǒng)的關(guān)鍵一步。

“我們成功開發(fā)了第一個真正可擴(kuò)展的算法，任何人都成功地為費米-哈伯德模型實施了該算法。這特別令人興奮，因為它表明我們將能夠擴(kuò)展我們的方法，以便隨著硬件的改進(jìn)利用更強(qiáng)大的量子計算機(jī)?！?

Google AI 量子算法負(fù)責(zé)人 Ryan Babbush 表示：“我們很高興看到由 Phasecraft 設(shè)計和執(zhí)行的這個實驗，它代表了迄今為止最大的數(shù)字費米子模擬之一，也是迄今為止最大的變分算法之一。在谷歌的量子計算硬件上。他們方法的可擴(kuò)展性源于在近期量子硬件的錯誤緩解和算法編譯方面的最新技術(shù)。”

該論文的主要作者 Phasecraft 的高級量子工程師 Stasja Stanisic 總結(jié)道：“這個實驗代表了一個新的里程碑。它告訴我們，當(dāng)我們應(yīng)用可用的最佳算法技術(shù)時，今天的量子計算機(jī)能夠做到什么。我們可以在這項工作的基礎(chǔ)上為當(dāng)今的設(shè)備開發(fā)更好的算法和更好的現(xiàn)實問題編碼?！?

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