【算法】谷歌、微软等合作 提出了一种新的量子光子芯片量子系统结构模拟算法

来自布里斯托尔大学、微软、谷歌、帝国理工学院、马克斯普朗克研究所和中山大学的量子物理学家的国际合作，提出了一种新的算法来解决量子计算机上量子系统的能量结构。

他们在一个硅量子光子处理器上测试了这个算法，该处理器利用光子(基本光粒子)来进行计算。

量子系统的能量结构由量子化能级构成，最低能级称为基态，而较高能级称为激发态。

具体而言，这种新算法能够以一种在传统计算机上没有直接模拟的方式找到激发态，从而为微观层面的物理和化学研究提供了新的途径。

系统的基本化学和物理性质可以通过找到一组被称为特征态的量化态来描述，它包含系统的基态(能量最低的状态)和激发态(具有更高能量的静止态)。

来自谷歌量子AI实验室的作者Jarrod McClean表示：“如果我们想让量子计算机对太阳能电池等重要领域做出有意义的贡献，那么扩展激发状态的工具箱是至关重要的。”

预计大型量子计算机将能够模拟复杂的化学系统，这是传统计算机无法完成的任务，增加了我们的物理和化学知识。

这项研究发表在今天的《科学进展》杂志上，由布里斯托尔大学物理学院的研究人员领导。

主要作者Raffaele Santagati博士说:“在这项研究中，我们提供了一个用量子计算机研究量子系统性质的新工具。”

这个目标是通过引入一种基于“特征状态观测器”新概念的量子模拟方法来实现的，这个量子能够检测一个给定的量子态是否接近系统的特征状态。

来自布里斯托尔大学的Jianwei Wang博士补充说:“我们成功地在硅量子光子芯片上测试了概念验证的协议，显示了它在现实短期量子设备中模拟更复杂系统的适用性。”

在布里斯托尔的演示结束后不久，另一种方法已经由伯克利UCA的Jeremy Colless博士和他的同事们用超导量子实验证明了。

研究人员预测，本文的主要研究结果将促进研究改进算法和新应用的兴起。

先进的量子计算机将解锁强大的应用程序，预计未来几十年内将有可能实现约200个量子位的量子计算机。

Santagati博士补充说:“进一步开发集成量子光子学，实现更复杂的器件，将使更有用的光子量子模拟器成为可能。”