Det brittiska företaget Phasecraft, som leds av ledande forskare inom utveckling av innovativa kvantalgoritmer, har meddelat att de har skapat en uppsättning algoritmer som gör materialssimulering på kvantdatorer enklare och mer effektiv än någonsin tidigare. Denna banbrytande metod beskrivs i en vetenskaplig artikel publicerad i den prestigefyllda tidskriften ”Nature”.
Att simulera beteendet hos olika material är en av de mest lovande tillämpningarna av kvantdatorer, med en enorm potential som sträcker sig från att utveckla nya batterikatoder till att skapa solceller för nästa generation. Men dagens kvantdatorer kan inte utföra komplexa simuleringar på grund av begränsningar i det maximala antalet tillförlitliga operationer som kan utföras och det begränsade antalet qubits.
Phasecrafts egenutvecklade metod övervinner dessa begränsningar genom att kombinera klassiska metoder för kartläggning av material med innovativa kvanttekniker för simulering av materialbeteende. Första steget innebär att utföra beräkningar och optimering på klassiska datorer för att få en effektiv representation av materialet, medan det andra steget genererar de mest effektiva kvantkretsarna i världen för att simulera beteendet hos det materialet. Hela processen är inbyggd i integrerad programvara som övergår från materialbeskrivning till den kvantkrets som simulerar det.
Enligt den publicerade artikeln minskar denna metod drastiskt antalet kvantdörrar som krävs för simulering, i vissa fall med över en miljon. Som exempel demonstrerade Phasecraft att materialet som används i avancerade litiumjonbatterier, koppar-litiumoxid (Li2CuO2), kan simuleras med hjälp av 410 000 kvantdörrar, medan den tidigare tekniken krävde 1,5 biljoner dörrar.
Det här genombrottet, delvis finansierat av Innovate UK och National Quantum Computing Centre (NQCC), bidrar till möjligheten att genomföra komplexa materialsimulationer på kvantdatorer som närmar sig våra möjligheter och öppnar dörrar till simuleringar som tidigare var oåtkomliga. Det är också ett ytterligare steg i Phasecrafts uppdrag att överbrygga klyftan mellan de teoretiska löftena om kvantteknologi och dess praktiska tillämpningar.
Det genombrott som Phasecraft har utvecklat kan påskynda framsteg inom mer effektiva batterier, fotovoltaik, superkondensatorer och bränsleceller, vilka är avgörande för ytterligare utveckling av förnybar energiteknik. Dessutom kan mer exakta simuleringar med hjälp av kvantdatorer bidra till en bättre förståelse för läkemedelsinteraktioner på molekylär nivå, vilket accelererar utvecklingen av nya läkemedel och minskar kostnader och tid som krävs för att lansera dem på marknaden.
I samband med publiceringen av den nya artikeln introducerar Phasecraft sin kvantmaterialesimuleringskomplexitetsdatabas. Denna databas presenterar kvantkretskomplexiteten för över 40 material som har identifierats som användbara i praktiska tillämpningar. Den ger information om djupet på kvantkretsar och antalet qubits som krävs för simulering, samt de viktigaste strukturella egenskaperna hos varje material. Forskare kan filtrera materialdatabasen utifrån sina tillämpningar, från batterier till konstruktion, kärnenergi, elektronik och många andra områden.
Toby Cubitt, medgrundare och CTO / Chief Science Officer för Phasecraft, säger: ”Förbättringarna vi har gjort i kretsdjup med hjälp av våra senaste algoritmer förändrar fundamentalt landskapet och tidslinjen för materialsimulationer på kvantdatorer. Det som en gång ansågs omöjligt med dagens kvantdatorer verkar nu inom räckhåll. Phasecrafts mål är att modellera och designa innovativa material med hjälp av kvantdatorer”.
Ashley Montanaro, medgrundare och VD för Phasecraft, säger: ”Genom att publicera vår materialdatabas syftar vi till att överbrygga klyftan mellan teorin om kvantdatorer och den praktiska tillämpningen av denna teknik. Med tillgänglig information om kvantkretsar och antalet qubits som krävs för varje material har forskare och ingenjörer nu ett verktyg för att bedöma var de största fördelarna med kvantberäkningar ligger i att noggrant modellera material. Detta är resultatet av års forskning och bekräftelse på de framsteg vi har gjort för att approximera materialmodellering med hjälp av kvantdatorer”.
Gilberto Teobaldi, gruppledare vid avdelningen för teoretisk och beräkningsfysik på Science and Technology Facilities Council, säger: ”Vi har varit glada att samarbeta med Phasecraft om deras materialmodelleringsdatabas. Både forskningen och datan i databasen är ett viktigt steg framåt för att tillämpa kvantdatorer inom materialvetenskap. Detta visar på Phasecrafts och Storbritanniens engagemang för pionjärverksamhet inom fältet för kvantteknologi”.
Michael Cuthbert, chef för National Quantum Computing Centre, säger: ”När vi lanserade NQCC för tre år sedan var vårt mål att möjliggöra att forskare och organisationer får specifika fördelar av att använda kvantdatorer. Phasecrafts arbete med materialmodellering, inklusive publiceringen av deras databas, är precis det slags betydande projekt som vi är entusiastiska över och vill stödja. Innovativa företag som Phasecraft är en del av vår mission att göra Storbritannien till en global ledare inom kvantdatorer”.
Viktiga punkter från artikeln:
– Phasecraft har meddelat att de har skapat en uppsättning algoritmer som gör materialssimulering på kvantdatorer enklare och mer effektiv.
– Simulering av beteendet hos olika material är en av de mest lovande tillämpningarna av kvantdatorer och kan påskynda framsteg inom förnybar energi och medicin.
– Phasecrafts egenutvecklade metod kombinerar klassiska metoder för kartläggning av material med innovativa kvanttekniker och minskar antalet kvantdörrar som krävs för simulering.
– Phasecraft introducerar också en kvantmaterialesimuleringskomplexitetsdatabas, som ger information om djupet på kvantkretsar och antalet qubits som krävs för att simulera olika material.
– Detta genombrott bidrar till möjligheten att genomföra komplexa materialssimuleringar på kvantdatorer och öppnar dörrar till simuleringar som tidigare var oåtkomliga.
– Phasecrafts arbete med materialmodellering är ett viktigt projekt som stöds av Innovate UK och National Quantum Computing Centre och syftar till att tillämpa kvantdatorer i praktiska tillämpningar.
Viktiga definitioner som används i artikeln:
– Kvantdatorer: Datorer som använder kvantfenomen, såsom överlagring och förbindelse, för att bearbeta information. De fungerar baserat på qubits, som samtidigt kan hålla värdena 0 och 1.
– Qubit: Enheten för information i en kvantdator, motsvarar en klassisk bit.
– Simulering: Processen att modellera beteendet för ett givet system med hjälp av en dator för att få information om dess funktion eller förutsäga resultat.
– Elementära kvantdörrar: Grundläggande operationer som utförs på qubits för att utföra kvantberäkningar.
– Bränsleceller: Enhetet
The source of the article is from the blog elektrischnederland.nl