Квантовые компьютеры обладают огромным потенциалом для расчетов с использованием новых алгоритмов и привлечение объемов данных далеко за пределами возможностей сегодняшних суперкомпьютеров. Хотя такие компьютеры были построены, они все еще находятся в зачаточном состоянии и имеют ограниченную применимость для решения сложных проблем в области материаловедения и химии. Например, они допускают моделирование свойств атомов, для исследования материалов.
Ученые из Национальной лабораторией Министерства энергетики (МЭ) США Аргоннской лаборатории и Чикагского университета (Чикагского университета) разработали метод открывает путь к использованию квантовых компьютеров для имитации реальных молекул и сложных материалов, описание которого требует сотен атомов.
Исследовательская группа во главе с Джулия Галли, директор Комплексного Центра Среднего Запада для вычислительных материалами (MICCoM), руководитель группы по материаловедению отдел Аргонна и член Центра молекулярной инженерии в Аргонне. Галли тоже Лью профессор семье электронная структура и моделирование в школьном Прицкер молекулярной инженерии и профессором химии Чикагского университета. Она работала над этим проектом вместе с помощником ученого Марко Говони и аспирант он Ма, как часть материалов научного отдела Аргоннской лаборатории и Чикагского университета.
«Наш недавно разработанный метод расчета,» Галли сказал, «значительно улучшает точность достижимая существующих квантово-механических методов расчетов в отношении конкретных дефектов в кристаллических материалах, и мы внедрили его на квантовый компьютер.»
В последние три десятилетия, квантово-механические теоретические подходы играют важную роль в прогнозировании свойств материалов, имеющих отношение к квантовой информатики и функциональные материалы для энергетики, включая катализаторы и системы накопления энергии. Однако эти подходы являются весьма требовательными, и это все еще сложно применять их в сложных, неоднородных материалов.
«В нашем исследовании мы разработали квантовую теорию внедрения, что позволило моделирования спин дефектов в твердых телах соединение квантового и классического вычислительного оборудования», — сказал Говони. Эти типы дефектов в твердых телах имеют применимость к разработке материалов для квантовой обработки информации и применения наноразмерных зондирования далеко за пределами текущих возможностей.
«У нас мощный перспективной стратегии в области вычислительной науки материалов с возможностью прогнозирования свойств сложных материалов, более точно, чем самые передовые нынешние методы могут сделать в настоящее время,» Говони добавил.
Команда впервые испытан квантовый метод встраивания на классическом компьютере, применяя его к расчетам свойств спиновых дефектов в алмазе и карбиде кремния. «Последние исследователи изучали дефекты как алмаз и карбид кремния, так у нас было в изобилии экспериментальных данных для сравнения с предсказаниями наш метод», — сказал Ма. Хорошее согласие между теорией и экспериментом дал команде уверенность в надежности своего метода.
Затем команда отправилась на испытания те же вычисления на квантовом симуляторе и, наконец, на IBM В5 Йорктаун квантовый компьютер. Полученные результаты подтвердили высокую точность и эффективность их квантовый метод внедрения, создания ступенькой к решению различных видов проблем материаловедения на квантовом компьютере.
Галли отметил, что, «с неизбежным погашения квантовые компьютеры, мы ожидаем, что наш подход будет применяться для моделирования представляющих интерес молекул и материалов для понимания и обнаружения катализаторов и новых лекарственных препаратов, а также водные растворы, содержащие комплекс растворенных.»
Команда Галли является частью MICCoM, со штаб-квартирой в Аргонне; Чикаго квантовой обмен с центральным офисом в Чикагского университета, и QISpin проекта, финансируемого управлением Воздушных Сил научного исследования.
Их исследования использованы Западом программное обеспечение, разработанное в рамках MICCoM и использовать несколько вычислительных ресурсов кроме общедоступной сервер IBM квантовый компьютер: Аргонском руководство вычислительного комплекса и Национального энергетического научно-исследовательский вычислительный центр, как лань Управления науки пользователей помещений, а также Чикагский университет научно-исследовательский вычислительный центр.
Работы команды представлен в статье под названием «квантовое моделирование материалов на ближайшую перспективу квантовый компьютер», который появится в июльском выпуске 2020 расчетных материалов либо разрешений Это исследование получило поддержку от Управление ДОУ науки и Управлением Воздушных Сил научного исследования.
почувствуйте разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!