Bước đột phá quan trọng trong điện toán lượng tử có thể dẫn đến pin và tế bào năng lượng mặt trời hiệu quả hơn

Bước đột phá quan trọng trong điện toán lượng tử có thể dẫn đến pin và tế bào năng lượng mặt trời hiệu quả hơn

    Bước đột phá quan trọng trong điện toán lượng tử có thể dẫn đến pin và tế bào năng lượng mặt trời hiệu quả hơn
    bởi Đại học Bristol

    Important breakthrough in quantum computing could lead to more efficient batteries and solar cells
    Bố cục Qubit để triển khai hai phiên bản Fermi-Hubbard. (a) Phiên bản 1 × 8, (b) Phiên bản 2 × 4. Trong mỗi trường hợp, hai qubit được sử dụng để mã hóa mỗi trang web. Hoạt động giữa các qubit trong các lớp biến thiên xảy ra theo mô hình sau. 1 × 8: xanh lam (FSWAP), đỏ (tại chỗ), xanh lam (FSWAP), đỏ (vert1), xanh lục (vert2). 2 × 4: xanh lam (FSWAP), đỏ (tại chỗ), xanh lam (FSWAP), đỏ (chân trời + FSWAP), xanh lục (vert), đỏ (FSWAP), xanh lục (vert). Các thông số tương tác dọc cho 2 × 4 phụ thuộc vào tính chẵn lẻ của chỉ số hàng. Các vòng tròn màu xám biểu thị các qubit không được sử dụng trên chip Cầu vồng 23-qubit. Ảnh: Nature Communications (2022). DOI: 10.1038 / s41467-022-33335-4


    Các nhà nghiên cứu từ Đại học Bristol, start-up lượng tử, Phasecraft và Google Quantum AI đã tiết lộ các đặc tính của hệ thống điện tử có thể được sử dụng để phát triển pin và tế bào năng lượng mặt trời hiệu quả hơn.

    Phát hiện được công bố trên tạp chí Nature Communications hôm nay mô tả cách nhóm đã thực hiện một bước quan trọng đầu tiên trong việc sử dụng máy tính lượng tử để xác định các đặc tính năng lượng thấp của các hệ thống điện tử tương quan chặt chẽ mà máy tính cổ điển không thể giải quyết được. Họ đã làm điều này bằng cách phát triển thuật toán thực sự có thể mở rộng đầu tiên để quan sát các thuộc tính trạng thái cơ bản của mô hình Fermi-Hubbard trên một máy tính lượng tử. Mô hình Fermi-Hubbard là cách khám phá những hiểu biết quan trọng về các tính chất điện tử và từ tính của vật liệu.

    Mô hình hóa các hệ thống lượng tử dạng này có ý nghĩa thực tế đáng kể, bao gồm việc thiết kế các vật liệu mới có thể được sử dụng để phát triển các tế bào năng lượng mặt trời và pin hiệu quả hơn, hoặc thậm chí là chất siêu dẫn nhiệt độ cao. Tuy nhiên, làm như vậy vẫn vượt quá khả năng của những siêu máy tính mạnh nhất thế giới. Mô hình Fermi-Hubbard được nhiều người công nhận là một chuẩn mực tuyệt vời cho các máy tính lượng tử trong thời gian gần vì nó là hệ thống vật liệu đơn giản nhất bao gồm các mối tương quan không tầm thường ngoài những gì được thu thập bằng các phương pháp cổ điển. Việc tạo ra gần đúng trạng thái năng lượng thấp nhất (cơ bản) của mô hình Fermi-Hubbard cho phép người dùng tính toán các đặc tính vật lý chính của mô hình.

    Trước đây, các nhà nghiên cứu chỉ thành công trong việc giải quyết các trường hợp Fermi-Hubbard nhỏ, được đơn giản hóa cao trên một máy tính lượng tử. Nghiên cứu này cho thấy rằng có thể có nhiều kết quả đầy tham vọng hơn. Tận dụng một thuật toán mới, hiệu quả cao và các kỹ thuật giảm thiểu lỗi tốt hơn, họ đã chạy thành công một thử nghiệm lớn gấp 4 lần — và bao gồm nhiều cổng lượng tử hơn 10 lần — so với bất kỳ thứ gì được ghi lại trước đó.

    Giáo sư về tính toán lượng tử tại Đại học Bristol, Ashley Montanaro và người đồng sáng lập Phasecraft cho biết: “Ví dụ Fermi-Hubbard trong thí nghiệm này đại diện cho một bước quan trọng trong việc giải quyết các hệ thống vật liệu thực tế bằng máy tính lượng tử. "Chúng tôi đã thành công bằng cách phát triển thuật toán thực sự có thể mở rộng đầu tiên mà bất kỳ ai đã quản lý để triển khai cho mô hình Fermi-Hubbard. Điều đó đặc biệt thú vị vì nó gợi ý rằng chúng tôi sẽ có thể mở rộng các phương pháp của mình để tận dụng các máy tính lượng tử mạnh hơn khi phần cứng được cải thiện . "

    Phasecraft quy tụ nhiều nhà khoa học, kỹ sư lượng tử hàng đầu thế giới và là đối tác với các nhà phát triển phần cứng lượng tử hàng đầu thế giới. Nghiên cứu của họ đã dẫn đến những đột phá cơ bản trong khoa học lượng tử và nhằm mục đích giảm đáng kể khoảng thời gian để đạt được lợi thế lượng tử trong một số lĩnh vực quan trọng. Ngoài việc phát triển các thuật toán có thể mở rộng quy mô đến các máy tính lượng tử lớn hơn, nhóm Phasecraft còn tập trung vào việc tiếp tục xây dựng các tính năng phù hợp thực tế vào mô hình của họ để chúng đại diện chính xác hơn cho các hệ thống trong thế giới thực.

    Ryan Babbush cho biết: "Chúng tôi rất vui khi thấy thử nghiệm này được thiết kế và thực hiện bởi Phasecraft, đại diện cho một trong những mô phỏng fermionic kỹ thuật số lớn nhất cho đến nay và cũng là một trong những thuật toán biến thiên lớn nhất cho đến nay, được thực hiện trên phần cứng máy tính lượng tử của Google". Trưởng bộ phận Thuật toán lượng tử tại Google AI. "Khả năng mở rộng của cách tiếp cận của họ xuất phát từ việc trở thành hiện đại nhất về cả giảm thiểu lỗi và biên dịch thuật toán cho phần cứng lượng tử trong thời gian ngắn."

    Stasja Stanisic, Kỹ sư lượng tử cao cấp tại Phasecraft, tác giả chính của bài báo cho biết: "Thí nghiệm này đánh dấu một cột mốc mới. Nó cho chúng ta biết máy tính lượng tử ngày nay có khả năng gì khi chúng ta áp dụng công nghệ thuật toán tốt nhất hiện có". "Chúng tôi có thể xây dựng dựa trên công việc này để phát triển các thuật toán tốt hơn và mã hóa tốt hơn các vấn đề thực tế cho các thiết bị ngày nay."

    Zalo
    Hotline