IBM开发出一种新的量子模拟方法——纠缠锻造

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一项新的研究发现，使用一种称为“纠缠锻造”的新技术可以非常精确地模拟水分子的基态能量，IBM 研究人员表示他们可以转换运行模拟所需的量子。计算资源减半。

量子计算机这一术语的最新应用可能是化学和物理模拟从零开始学模拟电子技术下载，例如从零开始学模拟电子技术下载，模拟分子以研究新的电池设计或发现新药。然而，今天的量子硬件仍然是低量子比特且容易出错，限制了其在实际应用中的潜力，并且未能展现出全部的量子优势。.

现在，IBM 科学家开发了一种新的量子模拟方法，即纠缠锻造，以仅使用通常所需量子比特数的一半来模拟分子等量子系统。例如，使用 IBM 的 27 量子位 Falcon 量子处理器，他们发现他们可以使用纠缠锻造来准确模拟水分子的基态，即能量最低的基态，仅使用 5 个量子位而不是标准的 10 个量子位。

纠缠锻造将量子计算与经典计算相结合，实质上使量子计算机的能力翻了一番。这种混合方法现在在量子计算中很常见，例如，称为变分量子特征求解器的算法将量子计算和经典计算结合起来，以找到问题的最佳解决方案，例如分子的基态。

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“我们展示了一种方法，在许多情况下，它可以让你在量子处理器上运行比正常更大的问题，”该研究的主要作者、加利福尼亚州圣何塞 IBM Quantum 的研究科学家安德鲁·埃丁斯说。主要思想是通过将部分量子计算吸收到经典计算中来解决给定量子硬件上的更大问题。”

借助新技术，IBM 能够有效地将问题一分为二。1，它在量子计算机上分别对两半进行建模——先是一半，然后是另一半，最后使用经典计算来计算两半之间的纠缠，并将模型编织在一起。

该技术的一个缺点是它在两半弱纠缠的量子系统中效果最好，这意味着它们之间的联系相对较少。系统内的纠缠程度越大，纠缠锻造仅使用经典计算来准确模拟系统就越困难。

尽管如此，Eddins 指出，有可能将另一种锻造版本扩展到更强烈纠缠的量子系统。IBM 的研究人员正在探索一种策略，他们基本上将系统划分为过去和未来的状态。“理论上，这种我们称之为‘海森堡锻造’的方法可以模拟强纠缠态，”埃丁斯说。

纠缠锻造的另一个限制是时间。“量子计算机在模拟纠缠态方面自然高效，在这里我们放弃了部分效率，将部分任务转换为经典计算，”埃丁斯说。“结果是，量子计算机上运行的每条电路都更小，但要运行的电路更多，所以整个计算时间更长。幸运的是，当模拟系统的两个部分只是微弱的时候，这个时间要求可以相对较小纠缠。”

科学家们现在正试图探索纠缠锻造对更大量子系统的可扩展性。即使系统变得足够大以包含经典计算，“纠缠锻造可能会提供有用的近似值，否则在给定的一组物理量子比特中将无法获得，”Eddins 说。

科学家们在 1 月 14 日出版的 PRX Quantum 杂志上详细介绍了他们的发现。

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