En un reciente Investigación de revisión física artículo, científicos de varios institutos de Taiwán Intentó abordar un desafío importante en la física cuántica: la simulación de sistemas cuánticos a gran escala. Los investigadores se centraron en a corto plazo dispositivos cuánticos, o la actual generación de ordenadores cuánticos que se encuentran en fase de desarrollo, caracterizados por un número relativamente pequeño de qubits (el equivalente cuántico de los bits clásicos) y la presencia de errores y ruido en su funcionamiento.
Simular la física cuántica es notoriamente difícil debido al crecimiento exponencial del espacio de Hilbert de un sistema cuántico (un marco matemático que permite a los científicos describir y analizar el estado y el comportamiento de los sistemas cuánticos de manera integral) a medida que se agregan más componentes. Este crecimiento requiere recursos computacionales masivos, que exceden las capacidades de las computadoras tradicionales. Tradicionalmente, se ha utilizado la simulación cuántica analógica (AQS), en la que el hamiltoniano o energía total de un sistema menos controlable se asigna a un sistema cuántico bien controlado. Si bien tienen éxito, estas implementaciones de AQS a menudo requieren plataformas experimentales cuánticas elaboradas e inaccesibles.
Plataformas de computación cuántica para simulación cuántica
El auge de lo programable computación cuántica Las plataformas, accesibles a través de interfaces en línea, han abierto nuevas vías para la participación pública y la experimentación teórica en mecánica cuántica. Estas plataformas han demostrado con éxito principios cuánticos fundamentales, pero luchan con importantes problemas de ruido y conectividad. Esto hace que la simulación de materiales a gran escala en estas plataformas sea un desafío, especialmente para las computadoras cuánticas de corto plazo en la ruidosa escala cuántica intermedia (NISQ) época.
En este estudio, los investigadores proponen un enfoque AQS alternativo diseñado para dispositivos cuánticos a corto plazo. Este método supera las limitaciones de rendimiento al dividir de forma adaptativa la simulación en varios grupos según las capacidades de los dispositivos cuánticos. El enfoque se demuestra simulando la desintegración por inducción libre (FID) de un espín de un electrón, el proceso en el que la señal de los electrones que giran en un campo magnético disminuye o "decae" gradualmente con el tiempo debido a una pérdida de sincronización entre los espines después de que se ha emitido un pulso inicial. perturbó su estado uniforme, en un ambiente especial dentro del diamante llamado centro NV, un sistema acoplado a numerosos núcleos. Esta simulación, que investiga la no clasicidad inducida por la polarización del espín nuclear, se realizó utilizando IBM Computadoras y simuladores cuánticos.
Este método permite la simulación de materiales a gran escala en computadoras cuánticas ruidosas y lo hace sin los errores que normalmente se introducen en los métodos de simulación tradicionales como trotterización. Los investigadores también aplicaron su enfoque para abordar el ruido no clásico causado por la diafonía de qubits, sugiriendo un método para mitigar esta fuente común de error.
Este estudio ofrece un método flexible y resistente a errores para simular materiales a gran escala en computadoras cuánticas a corto plazo. Representa un importante paso adelante en el aprovechamiento de las capacidades de las tecnologías cuánticas actuales, abriendo puertas a nuevas exploraciones y conocimientos en física cuántica. El enfoque tiene el potencial de influir significativamente en la industria de la computación cuántica al permitir simulaciones más precisas y factibles de sistemas cuánticos complejos.
Kenna Hughes-Castleberry es redactora de Inside Quantum Technology y comunicadora científica de JILA (una asociación entre la Universidad de Colorado Boulder y NIST). Sus temas de escritura incluyen tecnología profunda, computación cuántica e inteligencia artificial. Su trabajo ha aparecido en Scientific American, Discover Magazine, New Scientist, Ars Technica y más.
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- Fuente: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/iqts-journal-club-a-dive-into-quantum-simulation-on-near-term-quantum-devices/
