Google公司今天詳細(xì)介紹了兩個(gè)內(nèi)部研究項(xiàng)目，重點(diǎn)是使用量子處理器研究量子材料，這是傳統(tǒng)物理學(xué)無(wú)法解釋的一類(lèi)材料。
在第一個(gè)項(xiàng)目中，該公司的研究人員找到了一種比迄今為止更準(zhǔn)確地模擬量子材料的方法。作為另一項(xiàng)研究計(jì)劃的一部分，他們開(kāi)發(fā)了一種新的模擬方法，可以在未來(lái)的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用。
量子材料是指范圍廣泛的微觀物體，從石墨烯片到所謂的超冷原子，或冷卻到接近絕對(duì)零溫度的原子。這些物體的共同點(diǎn)是它們非常小，它們的行為受適用于原子和亞原子尺度的量子力學(xué)規(guī)則控制，而不是受影響大型物體的經(jīng)典物理學(xué)規(guī)則控制。
研究人員使用模擬來(lái)研究量子材料。人們相信，通過(guò)在像 Google 正在開(kāi)發(fā)的量子處理器上運(yùn)行它們，可以提高量子材料模擬的質(zhì)量，從而幫助研究人員做出新發(fā)現(xiàn)。
然而，目前存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)。主要挑戰(zhàn)之一是很難在量子處理器上創(chuàng)建準(zhǔn)確的模擬，因?yàn)樘幚砥魅菀壮霈F(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤。這些錯(cuò)誤降低了模擬的準(zhǔn)確性，進(jìn)而限制了研究人員研究量子材料的能力。
在谷歌今天詳細(xì)介紹的第一個(gè)研究項(xiàng)目中，這家搜索巨頭的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種過(guò)濾計(jì)算錯(cuò)誤的方法，從而提高了模擬精度。他們通過(guò)使用谷歌內(nèi)部開(kāi)發(fā)的一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)（如圖）運(yùn)行微型量子材料線的模擬來(lái)測(cè)試該方法。
谷歌的量子計(jì)算機(jī)
科學(xué)家們確定，當(dāng)模擬結(jié)果可視化并變成類(lèi)似于復(fù)雜條形圖的圖形時(shí)，可以清楚地區(qū)分計(jì)算錯(cuò)誤和準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。該過(guò)程涉及使用稱為傅立葉變換的數(shù)學(xué)運(yùn)算將誤差編碼為條形圖中每個(gè)條形的高度。
由于條的高度測(cè)量相當(dāng)簡(jiǎn)單，研究人員可以相對(duì)輕松地發(fā)現(xiàn)處理錯(cuò)誤并對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾，從而只保留準(zhǔn)確的模擬數(shù)據(jù)。然后他們可以研究這些數(shù)據(jù)以收集有關(guān)量子材料的新見(jiàn)解。
谷歌的科學(xué)家表示，他們?cè)O(shè)法使用該方法顯著提高了模擬精度。盡管事實(shí)上他們測(cè)試該方法的模擬相當(dāng)復(fù)雜，該方法代表一條微小的量子材料線?！氨M管是一個(gè)由 1400 多個(gè)邏輯運(yùn)算組成的 18 量子比特算法，對(duì)于近期設(shè)備來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)重要的計(jì)算任務(wù)，但我們能夠?qū)崿F(xiàn)低至 1% 的總誤差，”高級(jí)研究科學(xué)家 Charles Neill 和 Zhang Jiang詳細(xì)說(shuō)明在谷歌的量子人工智能部門(mén)。
在谷歌今天詳細(xì)介紹的第二個(gè)項(xiàng)目中，這家搜索巨頭開(kāi)發(fā)了一種研究電子的新方法，作為量子材料模擬的一部分。該公司的科學(xué)家將量子處理器的量子位配置為“充當(dāng)”電子，以模擬它們的物理特性。通過(guò)執(zhí)行特定的計(jì)算操作序列，量子位可以模擬它們所代表的電子行為的變化。
谷歌的科學(xué)家寫(xiě)道：“我們的結(jié)果提供了相互作用電子的直觀圖片，并作為用超導(dǎo)量子位模擬量子材料的基準(zhǔn)?！?/p>
這兩個(gè)項(xiàng)目也很重要，因?yàn)楫?dāng)前的量子處理器只能執(zhí)行一小部分任務(wù)。通過(guò)找到將處理器應(yīng)用于更多任務(wù)的方法，在這種情況下是模擬，研究人員可以更接近開(kāi)發(fā)能夠運(yùn)行許多不同軟件應(yīng)用程序的通用量子計(jì)算機(jī)。