量子计算机就像经典计算机一样，仅与我们提供的指令一样好。而且尽管量子计算是当今科学界最热门的主题之一，但对于量子计算机而言，指令或算法仍然有很长的路要走。 加州理工学院的布伦化学教授Garnet Chan正在解决这个问题。在一份 新论文中，他描述了他如何与 布伦理论物理学教授费尔南多·布兰道(Fernando Brandao)和 机械工程与应用物理学教授奥斯汀·明尼希(Austin Minnich)共同开发了一种量子计算机算法，该算法将帮助他们在物理模拟中找到应用科学。
该算法源自经典计算中已经使用的一种算法，称为虚时演化。Chan的新算法专为在量子计算机上运行而设计，被恰当地称为量子虚时间演化，并允许用户找到给定分子或材料的最低能量。
我们和Chan一起坐下来谈论他的研究及其对量子计算的意义。
总而言之，您的新研究取得了什么成就?
人们对量子计算机可以在物理科学中解决哪些问题产生了极大的兴趣。许多人感兴趣的问题之一是如何模拟分子和材料的基态。我们的新论文提出了一种计算哈密顿量基态的方法，该方法可以在资源很少的近期量子计算机上运行。
什么是哈密顿量，为什么要知道它的基态?
哈密顿量表示系统的能量，哈密顿量的基态是问题的最稳定状态。在正常条件下，大多数物理系统并不太兴奋，因此它们的生命状态接近其基态。
例如，如果我们想模拟水，我们可以看看水被喷入等离子(一种带电荷的气体)后的行为，但这并不是通常所见的状态。它不是水的基态。基态对于在普通条件下理解世界特别有用。
为什么在量子计算机上执行这些计算具有挑战性?
当前，量子设备会在短时间后脱粘，这意味着需要重新校准计算机，并且除非重新安装计算机，否则无法将其用于计算。这意味着我们需要找到一种对它们进行高效计算的方法，以便在出现退相干之前解决我们的问题。
您的算法是做什么的?
关于如何在量子计算机上获得基态的提议很多。第一个算法是Alexei Kitaev [Caltech的Ronald和Maxine Linde理论物理学和数学教授]，但是不幸的是，这种称为相位估计的算法需要太多指令，并且无法在当前的量子计算机分解之前实现。另一种方法称为变分方法，实施起来非常简单，但实际上却没有那么精确。我们想找到一种可能与相位估计一样精确的方法，但也可以在当今的量子计算机上进行实际编程
这种算法的发展对量子计算意味着什么?
量子计算机仍然很新，我们仍然需要学习它们将对什么有用。因为我们现在几乎无法使用它们，所以答案的一部分在于开发可以在极短的时间内在它们上运行的高效程序。我们的工作为评估现有量子计算机的功能提供了基础，这将有助于告诉我们未来的期望。