Google揭露了他們在模擬量子材料任務中的兩大進展,第一是他們在一維系統中,精確地計算電子特性,像是電流或是電導,而第二項進展則是將描述電子交互作用的Fermi-Hubbard模型,映射到量子處理器中。這兩個研究代表了量子系統,已經具備能夠模擬實際應用複雜系統的能力。

第一項進展的工作重點,在於模擬像是細導線這樣一維導體上的電子特性,研究人員透過在Sycamore處理器上建構出18量子位元的迴圈,來模擬非常細的導線。研究人員計算出導線的電子能帶結構(Band Structure),而該結構描述了金屬中電子的能量和動量,Google提到,儘管這18量子位元的演算法,由1,400個邏輯運算組成,但是在當前的裝置上,已經能實現低於1%的總誤差。

在第二項進展,研究的焦點在於電子的交互作用。粒子間的交互作用會產生新的現象,像是高溫超導體或是自旋電荷分離(Spin–Charge Separation),而要捕捉這類型的行為,最簡單的模型被稱為Fermi-Hubbard模型,在金屬等材料中,原子核會形成晶格,電子在晶格間跳躍產生電流,而為了精確模擬這些系統,還必須要考慮電子彼此靠近時的排斥力。

Fermi-Hubbard模型中透過電子的跳躍率和排斥強度兩個參數,來計算此物理現象,而研究人員將這兩個參數,映射到處理器量子位元上的邏輯運算,利用這些運算來模擬電子電荷和自旋密度。研究人員提到,他們所計算出來的結果,可以作為超導體量子位元模擬量子材料的基準。

雖然量子處理器的運算與解決問題的能力,無庸置疑一定是高於古典方法,但是這些工程平臺要被能夠實際使用,必須要提供超過當前古典方法的運算準確性,在Google的第一項實驗中,量子處理器展現了極高的精確性,而在第二項研究中,研究人員展示將實際電子互動模型嵌入量子處理器中。這兩個實驗結果有助於量子處理器,達成超越古典運算水準的目標。


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