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（图片来源：网络）

量子计算机可以模拟化学过程，从新药开发到新材料的方方面面，它都能带来重大影响，人们对此寄予厚望。在瑞典，查尔姆斯理工大学的研究人员首次使用量子计算机在实际化学中进行计算。

领导这项研究的化学与化学工程系理论化学副教授Martin Rahm说道：“理论上，量子计算机可以用来处理电子和原子核更复杂的运动情况。如果能充分利用它的潜力，我们就可以推进计算的发展。”

在量子化学领域，人们借助量子力学定律来分析哪些化学反应是可能的，哪些结构和材料可以深入研究，以及它们具有什么特性。此类研究通常是利用超级计算机来实现，这类计算机是由传统的逻辑电路构建而成。然而，传统计算机可以处理的计算是有限的。许多研究人员认为，由于量子力学定律是在亚原子水平上描述自然界的行为，量子计算机应该比传统计算机更好地执行分子计算。

Martin Rahm说：“这个世界上的大多数东西本质上都是化学类。例如，在生物学以及新旧汽车迭代中，我们的能量载体由电子和原子核组成，以不同的方式排列在分子和材料中。在量子化学领域要解决的问题是：研究它们的特性，计算这些排列组合中哪些更有可能或更有利。”

新的方法最大限度地减少了量子化学计算中的错误。

量子计算机还处于发展初级阶段，运行的小型模型计算因量子计算机周围环境的噪声影响而变得复杂。然而，Martin Rahm和他的同事们向前迈出了重要一步，他们找到了一种方法。该方法称为参考状态错误缓解（REM），其工作原理是利用量子计算机和传统计算机的计算来纠正由于噪声引起的错误。

Martin Rahm说：“这项研究是一个概念验证，我们的方法可以提高量子化学计算的质量。这是一个有用的工具，我们将用它来改进量子计算机的计算。”

首先，通过在传统计算机和量子计算机上描述和解决相同的问题来设定参考状态。这种参考状态是对分子进行更简单的描述，而不代表量子计算机打算解决的是原始问题，传统的计算机可以快速解决更简单的问题。通过比较两台计算机的结果，可以精确估计噪声引起的误差量。

然后，当在量子处理器上运行时，可以参考两台计算机在解决方案之间的差异来纠正原始的、更复杂的问题解决方案。通过将这种新方法与查尔姆斯量子计算机Särimner的数据相结合，研究人员成功地计算了氢和氢化锂等小分子的内在能量，这是瑞典量子计算机上量子化学计算的首次演示。新方法代表了一次重要的进展。Martin Rahm说：“当下一代量子计算机准备就绪时，该方法将会进一步发展，可以计算更大，更复杂的分子。”

查尔姆斯建造的量子计算机

这项研究是与微技术和纳米科学系的研究人员密切合作进行的。他们建造了量子计算机，辅助执行化学计算所需的敏感测量。微技术和纳米科学系量子技术副教授Jonas Bylander说：“只有通过使用真正的量子算法，才能了解我们的硬件是如何工作的，以及知晓如何改进它。我们认为化学计算是量子计算机未来应用的第一个领域之一，因此我们与Martin Rahm团队的合作特别有价值。”

关于该研究其他信息

该研究是与瓦伦堡量子技术中心（WACQT）和欧盟项目OpensuperQ合作进行的。OpensuperQ联合了10个欧洲国家的大学和公司，旨在建造一台量子计算机，它将为查尔姆斯理工大学的研究人员进一步提供资金，用于他们在量子化学计算方面的工作。

Särimner是具有五个量子比特的量子处理器，由查尔默斯在瓦伦堡量子技术中心（WACQT）构建。它的名字借用了北欧神话，神话中的猪Särimner每天都被屠宰和食用，然后复活。现在，Särimner被一台拥有25个量子比特的量子计算机所“取代”，WACQT的目标是构建一台具有100个量子比特的量子计算机，其功能将远远超出当今最好的传统超级计算机。

编译：卉可

编辑：慕一

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