Roman GłogulskiΗ Phasecraft, μια εταιρεία με επικεφαλής επιστήμονες εξειδικευμένους στην ανάπτυξη καινοτόμων κβαντικών αλγορίθμων, ανακοίνωσε τη δημιουργία ενός συνόλου αλγορίθμων που κάνουν την προσομοίωση υλικών σε κβαντικούς υπολογιστές πιο εύκολη και αποδοτική από ποτέ πριν. Αυτή η καινοτόμος μέθοδος παρουσιάζεται σε ένα επιστημονικό άρθρο που δημοσιεύθηκε στο αξιόλογο περιοδικό “Nature.”
Η προσομοίωση της συμπεριφοράς διαφόρων υλικών είναι μια από τις πιο υποσχόμενες εφαρμογές των κβαντικών υπολογιστών, με τεράστιο δυναμικό που κυμαίνεται από την ανάπτυξη νέων καθόδων μπαταριών έως τη δημιουργία ηλιακών κυψελών της επόμενης γενιάς. Ωστόσο, οι τρέχουσες κβαντικές υπολογιστικές λύσεις δεν είναι σε θέση να πραγματοποιήσουν πολύπλοκες προσομοιώσεις λόγω περιορισμών στο μέγιστο αριθμό αξιόπιστων λειτουργιών που μπορούν να εκτελεστούν και στον περιορισμένο αριθμό κιβοτακιών.
Η προσαρμοσμένη προσέγγιση που ανέπτυξε η Phasecraft ξεπερνά αυτούς τους περιορισμούς συνδυάζοντας κλασικές μεθόδους χαρτογράφησης υλικών με καινοτόμες κβαντικές τεχνικές για την προσομοίωση συμπεριφοράς υλικών. Ο πρώτος βήμα περιλαμβάνει υπολογισμούς και βελτιστοποιήσεις σε κλασικούς υπολογιστές για την απόκτηση μιας αποδοτικής αναπαράστασης του υλικού, ενώ το δεύτερο βήμα δημιουργεί τα πιο αποδοτικά κβαντικά κυκλώματα στον κόσμο για την προσομοίωση της συμπεριφοράς του υλικού αυτού. Ολόκληρη αυτή η διαδικασία αναπτύσσεται μέσα σε ενσωματωμένο λογισμικό που μεταβαίνει από την περιγραφή του υλικού στο κβαντικό κύκλωμα που το προσομοιώνει.
Σύμφωνα με το δημοσιευμένο άρθρο, αυτή η προσέγγιση μειώνει δραματικά τον αριθμό των κβαντικών πυλών που απαιτούνται για την προσομοίωση, σε ορισμένες περιπτώσεις κατά πάνω από ένα εκατομμύριο. Για παράδειγμα, η Phasecraft επίδειξε ότι το υλικό που χρησιμοποιείται σε προηγμένες μπαταρίες ιόντων λιθίου, οξείδιο χαλκού-λιθίου (Li2CuO2), μπορεί να προσομοιωθεί χρησιμοποιώντας 410.000 κβαντικές πύλες, ενώ η προηγούμενη τεχνική απαιτούσε 1,5 τρισεκατομμύρια πύλες.
Αυτή η καινοτομία, που είναι μερικώς χρηματοδοτούμενη από την Innovate UK και το Εθνικό Κέντρο Κβαντικών Υπολογιστών (NQCC), συμβάλλει στη δυνατότητα να πραγματοποιηθούν περίπλοκες προσομοιώσεις υλικών σε κβαντικούς υπολογιστές που πλησιάζουν τις δυνατότητές μας, ανοίγοντας τις πόρτες για προσομοιώσεις που ήταν προηγουμένως αδύνατες. Είναι επίσης ένα ακόμη βήμα στην αποστολή της Phasecraft να γεφυρώσει το χάσμα μεταξύ των θεωρητικών υποσχέσεων της κβαντικής τεχνολογίας και των πρακτικών εφαρμογών της.
Η διάλυση που ανέπτυξε η Phasecraft μπορεί να επιταχύνει την πρόοδο σε καλύτερες μπαταρίες, φωτοβολταϊκούς πυρήνες, υπερ-υποδοχές και κυψέλες καυσίμων, οι οποίες είναι ουσιώδεις για την περαιτέρω ανάπτυξη της τεχνολογίας ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Επιπλέον, πιο ακριβείς προσομοιώσεις χρησιμοποιώντας κβαντικούς υπολογιστές μπορούν να συμβάλουν σε μια καλύτερη κατανόηση της αλληλεπίδρασης φαρμάκων σε μοριακό επίπεδο, επιταχύνοντας την ανάπτυξη νέων φαρμάκων και μειώνοντας τα κόστη και τον χρόνο που απαιτείται για την κατασκευή τους στην αγορά.
Παράλληλα με τη δημοσίευση του νέου άρθρου, η Phasecraft παρουσιάζει τη βάση δεδομένων πελίδας πολυπλοκότητας της κβαντικής προσομοίωσης υλικών. Αυτή η βάση δεδομένων παρουσιάζει την κβαντική πολυπλοκότητα κυκλωμάτων για πάνω από 40 υλικά που έχουν αναγνωριστεί ως έχοντας πρακτικές εφαρμογές. Παρέχει πληροφορίες για το βάθος των κβαντικών κυκλωμάτων και τον αριθμό των κιβοτακιών που απαιτούνται για την προσομοίωση, καθώς και τις κύριες δομικές ιδιότητες κάθε υλικού. Οι ερευνητές μπορούν να φιλτράρουν τη βάση δεδομένων υλικών σύμφωνα με τις εφαρμογές τους, από μπαταρίες έως κατασκευές, πυρηνική ενέργεια, ηλεκτρονικά και πολλούς άλλους τομείς.
Ο Toby Cubitt, Συνιδρυτής και Ανώτερος Επιστήμονας της Phasecraft, δήλωσε: “Οι βελτιώσεις που κάναμε στο βάθος του κυκλώματος χρησιμοποιώντας τους πιο πρόσφατους αλγόριθμους μας, αλλάζουν θεμελιωδώς το τοπίο και το χρονοδιάγραμμα των προσομοιώσεων υλικών σε κβαντικούς υπολογιστές. Αυτό που θεωρείτο προηγουμένως ως ακατόρθωτο από τους τρέχοντες κβαντικούς υπολογιστές φαίνεται τώρα εφικτό. Η ορατότητα της Phasecraft είναι να μοντελοποιήσει και να σχεδιάσει καινοτόμα υλικά χρησιμοποιώντας κβαντικούς υπολογιστές.”
Ο Ashley Montanaro, Συνιδρυτής και Διευθύνων Σύμβουλος της Phasecraft, δήλωσε: “Μέσω της δημοσίευσης της βάσης δεδομένων μας για υλικά, στοχεύουμε στο να γεφυρώσουμε το χάσμα μεταξύ της θεωρίας της κβαντικής υπολογιστικής και της πρακτικής εφαρμογής αυτής της τεχνολογίας. Με προσιτές πληροφορίες σχετικά με το βάθος των κβαντικών κυκλωμάτων και τον αριθμό των κιβοτακιών που απαιτούνται για κάθε υλικό, οι επιστήμονες και οι μηχανικοί διαθέτουν τώρα ένα εργαλείο για να αξιολογή
