行業看點 | IBM獲量子模拟領域大突破，技術應用前景廣闊！

導讀

經過幾十年的發展，知名的摩爾定律越來越難以為繼，傳統計算機的計算能力再也無法同以前一樣飛速的增長，而量子計算機則恰好對此進行了補充，有望解決傳統計算機所不能解決的問題。

如今，包括 Google，IBM 和 D-wave 在内的衆多公司、科研機關都在為“量子霸權”的早日實作而争分奪秒，而他們所看中的恰恰是相較于傳統計算機，量子計算機所具有的三大優勢：

量子算法

第一個量子算法，可以短時間内對大整數進行因式分解，可以用來破解當今應用最廣泛的 RSA 密鑰體系。

 量子搜尋算法

用很少的搜尋次數找到目标客體，有許多用途，也可以用來攻擊密碼體系，比如 DES 加密，在大量可能的密鑰中強行試出正确的密鑰。

量子模拟

由于量子計算機是基于量子力學基本原理運作的計算機，對于同樣遵循量子力學的微觀粒子體系，相比于傳統計算機使用一些方法去近似，量子計算機可以用很少的計算資源完美地模拟出體系狀态。

而在這三者之中，量子模拟可以說是全世界實體學家最感興趣的技術。

最近，IBM Q 團隊在量子模拟領域取得了重大的進展，他們宣布在自己的超導量子裝置上實作了一種新的量子算法，這種算法可以模拟真實分子，能夠高效精确地計算出小分子電子的最低能态。

根據了解，IBM Q 團隊所使用的量子裝置中的量子處理器包含 7 個超導量子比特 ，通過将分子軌道上的電子結構映射到量子處理器上，可以計算出電子的最低能态。

盡管這種七個量子比特量子處理器沒有做完全的糾錯和容錯，但是單個量子比特的相幹時間大約為 50μs。是以，如何設計算法，能夠充分利用這寶貴的相幹時間内的量子一緻性，并計算出分子結構是非常重要的。并且這種算法還必須考慮到處理器的比特數和操作次數。

相比于之前的量子模拟算法将傳統的分子模拟方案直接應用于量子硬體，沒有考慮目前有限量子器件的資源。IBM 的科學家們反其道而行，他們在充分評估自己量子處理器性能的前提下，設計了一種新的量子算法：

首先，用一種新的映射方法将分子的“哈密量”映射到量子比特的哈密頓量，這種映射方法可以減少量子模拟需要的量子比特數量。然後利用一些量子門操作來操作連接配接在量子比特上的量子電路 ，進而制備哈密爾頓量的試驗基态。接着，将量子處理器驅動到試驗基态，并進行測量，得到制備的試驗态的能量，最後将測量的能量值回報到一段傳統的優化程式中，操作下一個量子電路以驅動量子處理器，以便進一步減少能量。隻要不斷重複以上操作就能獲得達到所需精度的最低能量。

研究組表示，相信不久的将來，随着量子處理器內建度的增加，運算能力的發展，運用這項技術可以探索超出傳統計算機能力的複雜大分子，準确地預測其化學反應，這将極大的推動新化肥，新藥甚至是新的可再生能源的研究。

原文釋出時間為：2017-03-23

本文作者：彭承志

本文來源：

九州量子

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