能源部橡树岭国家实验室的研究人员开发了一个量子化学模拟基准来评估量子器件的性能，并指导未来量子计算机应用的发展。

 

他们的发现发表在npj量子信息上。

 

量子计算机利用量子力学定律和称为量子位的单位，极大地提高了信息传输和处理的阈值。传统的“比特”的值要么是0要么是1，而量子位被编码为0和1的值，或者它们的任何组合，允许存储大量数据的可能性。

 

虽然还处于早期阶段，但量子系统有潜力比当今领先的经典计算系统具有指数级的威力，并有望彻底改变材料、化学、高能物理以及整个科学领域的研究。

 

但是，由于这些系统还处于相对起步阶段，了解哪些应用程序能够很好地适应它们独特的体系结构被认为是一个重要的研究领域。天富注册

 

量子化学指标

 

ORNL研究小组的领导正在开发一种基于量子化学模拟的通用基准来衡量量子计算机的准确性和性能。该基准将帮助社区评估和开发新的量子处理器。(左下:用于测试RbH分子的一个量子电路原理图。左上:使用分子轨道。(右上:使用左下回路进行RbH的实际结果)。资料来源:橡树岭国家实验室

 

ORNL的Raphael Pooser是量子试验台探路者项目的首席研究员，他说:“我们目前正在运行一些相当简单的科学问题，我们相信这些系统将在未来帮助我们解决这些问题。”“这些基准给了我们一个想法，未来的量子系统在处理类似的，尽管指数级更复杂的模拟时将会如何执行。”天富注册

 

Pooser和他的同事在20量程的IBM东京处理器和16量程的Rigetti Aspen处理器上计算了氢化物分子的束缚态能。这些分子很简单，它们的能量也很容易理解，这使得它们能够有效地测试量子计算机的性能。

 

通过将量子计算机调整为几个参数的函数，该团队计算出了这些分子的束缚态，并通过经典计算机上的模拟获得了精确的化学结果。同样重要的是，量子计算也包含了系统的错误缓解，这说明了当前量子硬件的不足。

 

当当前量子结构固有的“噪声”影响其运行时，系统错误就发生了。因为量子计算机极其精密(例如，ORNL团队使用的量子位被保存在一个大约20毫微温(或超过-450华氏度)的稀释冰箱中，温度和周围环境的振动会造成不稳定性，从而影响其精确度。例如，这种噪声可能使量子位元旋转21度，而不是期望的20度，极大地影响计算结果。

 

Pooser说:“这个新的基准测试非常好地描述了‘混合状态’，也就是环境和机器如何交互。”“这项工作是迈向衡量量子计算机性能的通用基准的关键一步，就像LINPACK度量标准被用来判断世界上最快的经典计算机一样。”

 

与目前世界上最强大的计算机ORNL 's Summit相比，量子化学和核物理、量子场论被认为是量子“杀手级应用程序”。换句话说，人们相信，随着量子计算机的发展，它将能够更准确、更有效地执行与化学有关的广泛计算，比目前运行中的任何经典计算机(包括Summit)都要好。

 

 

ORNL量子化学家Jacek Jakowski说:“目前的基准是迈向管理不同科学领域的量子处理器性能的一套综合基准和指标的第一步。”“我们希望随着量子计算硬件的改进，它会随着时间而发展。ORNL在领域科学、计算机科学和高性能计算方面的广泛专业知识使它成为创建这个基准套件的完美场所。”