“IBM利用更少的量子比特模拟新材料 有助于开发高性能电池”

根据格什塔尔信息，美国国际商用机器企业( ibm )的研究小组从完全不同的角度，利用目前有限的量子资源，更好地进行材料设计。

(图片来源: ibm )

调整方法，成功模拟一点分子，就不需要越来越多的量化比特，就可以达到比以前更高的精度。 研究人员将越来越多的新闻有效地纳入数学函数并用于模拟，从而在不增加计算价格的情况下获得更准确的结果。 研究人员说:“利用现有的小型量子计算机，可以更准确地计算氟化氢( hf )等聚合分子的性质。”

作为ibm的长期量子研究伙伴，汽车制造商戴姆勒( daimler )对该研究结果表现出浓厚的兴趣。 这有助于开发性能更高、续航时间更长、价格更低的电池。

要根据新材料设计电池，需要正确理解这些化合物应该结合，以及如何结合。 在这个过程中，需要准确地描述所有化合物构成分子的特征和构成这些分子的粒子，模拟这些化合物在不同环境中的反应。 这是一项非常繁重的工作，为了找到合适的分子组合，需要大量的测试，但以前不能满足这个要求。 ibm的研究人员说:“这是新一代电池开发的大问题。” 相比之下，量子计算机可以更快地完成这个任务。 得益于对量化比特及其不同消息进行编码的能力，可以利用量化算法来执行多个计算。 有一天，量子计算机预计能在几分钟内解决看起来不可能的问题。

为了实现这一点，物理学家需要支持许多量子比特的量子计算机，但大部分量子计算机的量子比特小于100比特，不能充分满足模拟诉求。 在计算机实验中，一般用哈密顿量来表示某个分子的性质，这个数学函数表示粒子的空间函数，也称为轨道。 也就是说，分子越大，轨道越大，所需的量子比特和量子操作就越多。 ibm团队表示:“我们目前无法在量子硬件上模拟足够的轨道，从而制造出相关现实世界中许多异质分子的电子。”

为了弥补资源不足，该团队可以制作“互相关”哈密顿量( transcorrelated hamiltonian )，并将其转化为包含特定分子中电子行为的附加新闻。 这些新闻与带负电荷的电子相互排斥的倾向有关，需要额外的计算，因此一般不适用于现有的量子计算机。 通过在哈密顿量中直接嵌入电子行为，提高了模拟的正确性，但不需要越来越多的量子比特。 研究人员表示，“模拟的轨道越多，就越接近实际的实验结果。 通过更好的建模和仿真可以预测具有特定性质的新材料。 ”因此，通过加快ibm的发现和量子应用的速度，即使是很小的量子比特也会出现新的采用实例。

ibm将继续以扩大量子计算机的规模为要点，预计容错量子计算机将是未来十年可以实现的目标。 据介绍，量子模拟可能是该技术最早的应用之一。 研究人员说:“汽车电池是一个很好的例子。 量子比特的数量不断增加，带来不久的将来有价值的发现，用于新材料的开发。 我们很快就会在量子模拟和新材料行业看到量子的特征。 ”

ibm企业预计2023年将达到1000量子比特，这要归功于小分子模拟。