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谷歌在量子材料模拟方面找到更好方法

2021-06-26 08:35:03来源:科技号
导读: 谷歌内部开发的一台量子计算机运行微型量子材料线的模拟来测试该方法。

Google公司今天详细介绍了两个内部研究项目,重点是使用量子处理器研究量子材料,这是传统物理学无法解释的一类材料。

在第一个项目中,该公司的研究人员找到了一种比迄今为止更准确地模拟量子材料的方法。作为另一项研究计划的一部分,他们开发了一种新的模拟方法,可以在未来的实验中应用。

量子材料是指范围广泛的微观物体,从石墨烯片到所谓的超冷原子,或冷却到接近绝对零温度的原子。这些物体的共同点是它们非常小,它们的行为受适用于原子和亚原子尺度的量子力学规则控制,而不是受影响大型物体的经典物理学规则控制。

研究人员使用模拟来研究量子材料。人们相信,通过在像 Google 正在开发的量子处理器上运行它们,可以提高量子材料模拟的质量,从而帮助研究人员做出新的发现。

然而,目前存在一些技术挑战。主要挑战之一是很难在量子处理器上创建准确的模拟,因为处理器容易出现计算错误。这些错误降低了模拟的准确性,进而限制了研究人员研究量子材料的能力。

谷歌在量子材料模拟方面找到更好方法

在谷歌今天详细介绍的第一个研究项目中,这家搜索巨头的科学家发现了一种过滤计算错误的方法,从而提高了模拟精度。他们通过使用谷歌内部开发的一台量子计算机(如图)运行微型量子材料线的模拟来测试该方法。

科学家们确定,当模拟结果可视化并变成类似于复杂条形图的图形时,可以清楚地区分计算错误和准确数据。该过程涉及使用称为傅立叶变换的数学运算将误差编码为条形图中每个条形的高度。

由于条的高度测量相当简单,研究人员可以相对轻松地发现处理错误并对其进行过滤,从而只保留准确的模拟数据。然后他们可以研究这些数据以收集有关量子材料的新见解。

谷歌的科学家表示,他们设法使用该方法显着提高了模拟精度。尽管事实上他们测试该方法的模拟相当复杂,该方法代表一条微小的量子材料线。“尽管是一个由 1400 多个逻辑运算组成的 18 量子比特算法,对于近期设备来说是一项重要的计算任务,但我们能够实现低至 1% 的总误差,”高级研究科学家 Charles Neill 和 Zhang Jiang详细说明在谷歌的量子人工智能部门。

在谷歌今天详细介绍的第二个项目中,这家搜索巨头开发了一种研究电子的新方法,作为量子材料模拟的一部分。该公司的科学家将量子处理器的量子位配置为“充当”电子,以模拟它们的物理特性。通过执行特定的计算操作序列,量子位可以模拟它们所代表的电子行为的变化。

谷歌的科学家写道:“我们的结果提供了相互作用电子的直观图片,并作为用超导量子位模拟量子材料的基准。”

这两个项目也很重要,因为当前的量子处理器只能执行一小部分任务。通过找到将处理器应用于更多任务的方法,在这种情况下是模拟,研究人员可以更接近开发能够运行许多不同软件应用程序的通用量子计算机。 

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