量子计算+材料建模的理论效率提升100000倍！英国公司Phasecraft取得算法突破

编辑丨慕一  编译/排版丨沛贤

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在量子计算近期可能的商业应用中，材料建模最有前景的领域之一。在这个领域的应用可能只需要几千个量子比特，而不像其他应用需要数百万个量子比特。目前该领域是量子计算的研究热点之一，不仅有各条技术路线的通用量子计算机的团队，也有使用用相干伊辛机（CIM）等专用的量子计算机团队，都在进行着这方面的研究。

实现这个目标的路径来有两条面。首先是量子计算硬件能力如量子比特规模的持续改进，其次是在算法方面取得进展，这些算法可以用更少的量子比特或门深度进行所需的计算。

最近，英国量子计算公司Phasecraft在期刊《自然通讯》（Nature Communications）上发表论文描述了一种他们新的的方法，该方法将新材料的时间动力学模拟计算的门深度减少了大约5到6个数量级。

他们的软件可以支持变分量子本征求解器（VQE）来近似哈密顿变分谱19的基态，或者是一种时间动力学模拟（TDS）算法。例如，他们公司的算法可以模拟锂铜氧（Li2CuO2）材料，仅仅需要410,000个量子门即可完成，而传统的量子算法则需要约1.5万亿个量子门。

有了这样的提升，他们的材料模拟算法预期在未来几年内能地运行在多种不同技术路线的量子处理器上。

Phasecraft使用其算法创建了一个材料建模复杂度数据库，在数据库中他们估计了用新算法模拟46种不同材料所需的量子比特和量子门的数量级，并与传统的基准算法进行了对比。该数据库所选材料涵盖了广泛的应用领域，包括燃料电池、传感器、晶体管、光伏材料等。

新旧方法之间所需的量子比特数量大致相似，但所需的量子门级有了5到6个数量级的提升进。这些量子比特可以是具有误差校正的量子计算机上的逻辑量子比特，也可以是具有10^-4或10^-5以下误差率的物理量子比特，且具有足够长的相干时间。

该研究获得了过英国创新局（Innovate UK）计划和国家量子计算中心（NQCC）的资助。该公司还与科学与技术设施理事会（STFC）的科学计算部门进行了合作。

Phasecraft目前有大约25名员工，并在去年完成了一笔价值1300万英镑（1650万美元）的A轮融资。他们与谷歌、IBM和Rigetti等量子硬件供应商合作，并与包括英国电信、牛津光伏、和罗氏在内的许多企业用户合作。