Mô phỏng lượng tử kỹ thuật số ổn định hơn mong đợi

Một hiện tượng bản địa hóa làm tăng tính chính xác của việc giải quyết các vấn đề lượng tử nhiều cơ thể với các máy tính lượng tử vốn là thách thức đối với các máy tính thông thường. Điều này mang lại mô phỏng lượng tử kỹ thuật số như vậy trong tầm với trên các thiết bị lượng tử có sẵn ngày nay.

Máy tính lượng tử hứa hẹn sẽ giải quyết các vấn đề tính toán nhất định nhanh hơn theo cấp số nhân so với bất kỳ máy cổ điển nào. “Một ứng dụng đặc biệt hứa hẹn là giải pháp cho các vấn đề lượng tử nhiều cơ thể sử dụng khái niệm mô phỏng lượng tử kỹ thuật số”, Markus Heyl từ Viện Vật lý phức hợp Max Planck ở Dresden, Đức cho biết.

“Những mô phỏng như vậy có thể có tác động lớn đến hóa học lượng tử, khoa học vật liệu và vật lý cơ bản.” Trong mô phỏng lượng tử kỹ thuật số, sự tiến hóa theo thời gian của hệ thống nhiều lượng tử được nhắm mục tiêu được thực hiện bằng một chuỗi các cổng lượng tử cơ bản bằng cách phân biệt tiến hóa thời gian, được gọi là Trotterization. “Tuy nhiên, một thách thức cơ bản là kiểm soát nguồn lỗi nội tại, xuất hiện do sự rời rạc này”, Markus Heyl nói.

Khoa học tiến bộ rằng nội địa hóa lượng tử – bằng cách hạn chế sự tiến hóa thời gian thông qua giao thoa lượng tử – đã hạn chế rất nhiều những lỗi này đối với các đài quan sát địa phương.

Mạnh mẽ hơn mong đợi

“Mô phỏng lượng tử kỹ thuật số về bản chất mạnh mẽ hơn nhiều so với những gì người ta có thể mong đợi từ các giới hạn lỗi đã biết trên hàm sóng nhiều cơ thể toàn cầu,” Heyl tóm tắt.

Độ mạnh này được đặc trưng bởi một ngưỡng sắc nét như là một hàm của độ chi tiết thời gian sử dụng được đo bằng cái gọi là kích thước bước Trotter (Trotter step size).

Ngưỡng ngăn cách một khu vực thông thường với các lỗi Trotter có thể kiểm soát, trong đó hệ thống thể hiện sự bản địa hóa trong không gian của các toán tử tiến hóa thời gian, từ một chế độ hỗn loạn lượng tử trong đó các lỗi tích lũy nhanh chóng khiến kết quả của mô phỏng lượng tử không thể sử dụng được. Markus Heyl nói: “Phát hiện của chúng tôi cho thấy mô phỏng lượng tử kỹ thuật số với các bước Trotter tương đối lớn có thể giữ lại các lỗi Trotter được kiểm soát đối với các vật thể quan sát cục bộ”. “

Nguồn tin tức:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Innsbruck . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Markus Heyl, Philipp Hauke, Peter Zoller. Định vị lượng tử giới hạn Lỗi Trotter trong mô phỏng lượng tử kỹ thuật số. Tiến bộ khoa học , 2019; 5 (4): eaau8342 DOI: 10.1126 / sciav.aau8342