研究人员提高了基于量子化学模拟的量子计算机性能基准

（文章来源：量子认知）

美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员开发了基于量子化学模拟的量子计算机准确性和性能的通用基准。该基准将帮助评估和开发新的量子处理器。

左下图表示用于测试RbH分子的量子电路之一的示意图。左上图表示使用的分子轨道。右上图表示使用左下电路获得RbH的实际结果。通过这样的量子化学模拟基准，可以评估量子设备的性能并指导未来量子计算机的应用开发。他们的研究成果发表在最近的量子信息科学学报上。

量子计算机使用量子力学定律和称为量子位的单位大大提高了可以传输和处理信息的阈值。传统的“位”的值为0或1，而量子位则使用0和1的值或其任意组合进行编码，从而为存储数据提供了多种可能性。尽管仍处于早期阶段，但量子系统具有比当今领先的经典计算系统强大的潜力，并有望彻底改变材料、化学、高能物理以及整个科学领域的研究。

但是由于这些系统还处于起步阶段，因此了解哪些应用程序非常适合其独特的体系结构被认为是重要的研究领域。研究人员说：“我们目前正在运行相当简单的科学问题，这些问题代表了我们认为这些系统将在将来帮助我们解决的问题。” “这些基准使我们对未来的量子系统在应对相似但复杂得多的模拟时表现如何有所了解。”

研究人员在20比特量子计算机处理器上计算了碱金属氢化物分子的束缚态能。这些分子很简单，能量也很容易理解，可以有效地测试量子计算机的性能。通过根据一些参数对量子计算机进行调节，研究小组以化学精度计算了这些分子的键合态，这是通过经典计算机上的模拟获得的。同样重要的是，量子计算还包括系统化的误差减轻功能，这一事实说明了当前量子硬件的缺点。

当前量子架构中固有的“噪声”影响其操作时，就会发生系统错误。由于量子计算机极其精巧，团队使用的量子位保存在超过零下450华氏度的稀释冰箱中，因此周围环境的温度和振动会导致不稳定，从而引发噪声可能导致量子位旋转21度而不是所需的20度，从而极大地影响了计算结果。

研究人员说：“这个新的基准很好地描述了'混合状态'，或者环境与机器如何相互作用。” “这项工作是迈向衡量量子计算机性能的通用基准的关键一步，就像LINPACK度量标准被用来判断世界上最快的经典计算机一样。”LINPACK是一个在数字计算机上执行数字线性代数的软件库。它在二十世纪七十年代及八十年代早期于超级计算机上使用。

与目前领先于世界上功能最强大的计算机之类的领先经典系统相比，计算起来相当简单，但量子化学以及核物理学和量子场论被认为是量子“杀手级应用”。换句话说，人们相信，随着它们的发展，量子计算机将比目前正在运行的任何经典计算机更好、更准确、更高效地进行广泛的化学相关计算。

研究人员说：“当前的基准测试是朝着一套全面的基准测试和度量标准迈出的第一步，这些基准和度量标准用于管理不同科学领域的量子处理器的性能。” “我们希望随着量子计算硬件的改进，它会随着时间的推移而发展。”接下来，研究小组计划计算这些分子的指数级更复杂的激发态，这将有助于他们设计出进一步的新颖的错误缓解方案，并使实用的量子计算的可能性更接近现实。

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