Peta jalan untuk masa depan simulasi kuantum —

Sebuah peta jalan untuk arah masa depan simulasi kuantum telah ditetapkan dalam makalah yang ditulis bersama di University of Strathclyde.

Komputer kuantum adalah perangkat yang sangat kuat dengan kapasitas untuk kecepatan dan perhitungan yang jauh di luar jangkauan komputasi klasik, atau biner. Alih-alih sistem biner nol dan satu, ia beroperasi melalui superposisi, yang mungkin nol, satu atau keduanya pada saat yang sama.

Perkembangan komputasi kuantum yang terus berkembang telah mencapai titik memiliki keunggulan dibandingkan komputer klasik untuk masalah buatan. Itu bisa memiliki aplikasi masa depan di berbagai bidang. Salah satu kelas masalah yang menjanjikan melibatkan simulasi sistem kuantum, dengan aplikasi potensial seperti mengembangkan bahan untuk baterai, katalisis industri, dan fiksasi nitrogen.

Makalah, diterbitkan di Alam, mengeksplorasi kemungkinan jangka pendek dan menengah untuk simulasi kuantum pada platform analog dan digital untuk membantu mengevaluasi potensi area ini. Ini telah ditulis bersama oleh para peneliti dari Strathclyde, Institut Optik Kuantum Max Planck, Universitas Ludwig Maximilians di Munich, Pusat Sains dan Teknologi Kuantum Munich, Universitas Innsbruck, Institut Optik Kuantum dan Informasi Kuantum dari Akademi Austria Ilmu Pengetahuan, dan Microsoft Corporation.

Profesor Andrew Daley, dari Departemen Fisika Strathclyde, adalah penulis utama makalah ini. Dia berkata: “Ada banyak kemajuan menarik dalam simulasi kuantum analog dan digital dalam beberapa tahun terakhir, dan simulasi kuantum adalah salah satu bidang pemrosesan informasi kuantum yang paling menjanjikan. Ini sudah cukup matang, baik dalam hal pengembangan algoritma. , dan dalam ketersediaan eksperimen simulasi kuantum analog yang sangat canggih secara internasional.

“Dalam sejarah komputasi, analog klasik dan komputasi digital telah hidup berdampingan selama lebih dari setengah abad, dengan transisi bertahap menuju komputasi digital, dan kami mengharapkan hal yang sama terjadi dengan munculnya simulasi kuantum.

“Sebagai langkah selanjutnya dalam pengembangan teknologi ini, sekarang penting untuk membahas ‘keuntungan kuantum praktis’, titik di mana perangkat kuantum akan memecahkan masalah kepentingan praktis yang tidak dapat dituntaskan untuk superkomputer tradisional.

“Banyak aplikasi komputer kuantum jangka pendek yang paling menjanjikan berada di bawah payung simulasi kuantum: pemodelan sifat kuantum partikel mikroskopis yang secara langsung relevan untuk memahami ilmu material modern, fisika energi tinggi, dan kimia kuantum.

“Simulasi kuantum harus dimungkinkan di masa depan pada komputer kuantum digital yang toleran terhadap kesalahan dengan lebih banyak fleksibilitas dan presisi, tetapi juga sudah dapat dilakukan hari ini untuk model tertentu melalui simulator kuantum analog tujuan khusus. Ini terjadi dengan cara yang analog dengan penelitian ini. aerodinamika, yang dapat dilakukan baik di terowongan angin atau melalui simulasi pada komputer digital. Dimana aerodinamika sering menggunakan model skala yang lebih kecil untuk memahami sesuatu yang besar, simulator kuantum analog sering mengambil model skala yang lebih besar untuk memahami sesuatu yang lebih kecil.

“Simulator kuantum analog sekarang bergerak dari memberikan demonstrasi kualitatif fenomena fisik ke menyediakan solusi kuantitatif untuk masalah asli. Cara yang sangat menarik ke depan dalam waktu dekat adalah pengembangan berbagai simulator kuantum yang dapat diprogram yang menggabungkan teknik digital dan analog. potensial karena menggabungkan keuntungan terbaik dari kedua belah pihak dengan memanfaatkan operasi analog asli untuk menghasilkan keadaan yang sangat terjerat.”

University of Strathclyde dan semua mitra dalam artikel perspektif ini memiliki program besar dan aktif yang melibatkan teori arsitektur dan algoritma, serta pengembangan platform untuk simulasi kuantum analog dan komputasi kuantum digital. Para mitra telah berkolaborasi sebagai bagian dari proyek Horizon 2020 EU Quantum Technologies Flagship PASQuanS. Di Strathclyde, penelitian di bidang ini tertanam kuat dalam program teknologi kuantum nasional Inggris, dan telah menerima dana besar dari Penelitian dan Inovasi Inggris.

Sebuah Kluster Teknologi Kuantum tertanam di Distrik Inovasi Kota Glasgow, sebuah inisiatif yang didorong oleh Strathclyde bersama dengan Dewan Kota Glasgow, Perusahaan Skotlandia, Wirausaha Skotlandia, dan Kamar Dagang Glasgow. Ini dibayangkan sebagai tempat global untuk industrialisasi kuantum, menarik perusahaan untuk mencari lokasi bersama, mempercepat pertumbuhan, meningkatkan produktivitas dan mengakses teknologi penelitian dan bakat kelas dunia di Strathclyde.

University of Strathclyde adalah satu-satunya institusi akademik yang telah menjadi mitra di keempat Quantum Technology Hubs yang didanai EPSRC di kedua fase pendanaan. Hub ada di: Sensing dan Timing; Pencitraan yang Ditingkatkan Kuantum; Komputasi dan Simulasi Kuantum, dan Teknologi Komunikasi Kuantum.

Komputasi Seluler