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噪声量子比特ADAPT仿真（图片来源：网络）

量子计算机的潜在功能远远超出当今的经典计算机，来自美国能源部埃姆斯国家实验室的科学家们展示了一种在材料研究中利用量子计算的新方法，通过模拟材料的自适应算法，可以快速而准确地生成解决方案。相关研究论文“多轨道杂质模型的自适应变分量子特征求解器的比较研究”发表在《通信物理学》杂志上。

 埃姆斯实验室（图片来源：网络）

量子计算机的计算方式与现有计算机完全不同。它们由量子比特构成，可以编码更多的信息，能够执行经典计算机难以完成的计算。

埃姆斯实验室的科学家们正在努力借助量子计算机使材料研究更容易、更高效。埃姆斯实验室的主要研究重点是稀土材料。这些材料应用广泛，包括智能手机、计算机硬盘驱动器、发光二极管（LED）、电子显示器和用于替代能源技术（如风力涡轮机）的永磁体。

不过稀土材料价格昂贵且数量有限。埃姆斯实验室的科学家们正在努力寻找更便宜、更容易获得的材料，用来替代稀土材料。为此，科学家需要更好地了解稀土及其在各种材料和应用中的特性。借助量子计算机，会使这项研究更高效，并能更快地取得进展。

埃姆斯实验室科学家Yongxin Yao解释说，稀土材料的电子结构很复杂，目前在计算机上准确模拟稀土材料具有挑战性。他的团队主要基于杂质模型开发，该模型描述了材料中的磁性杂质。此外，这些模型还考虑了杂质如何与其他材料相互作用，帮助捕获电子特性。他们的方法还使用量子嵌入来模拟散装材料。

量子嵌入理论旨在使用较高级但昂贵的关联函数方法描述参与反应的原子，并将其“嵌入”到使用密度泛函理论描述的惰性固体环境中。科学家们采用了一种系统的方式来简化散装材料的表示方式，使这些模拟成为可能。即使用量子嵌入可减少计算资源，同时保持准确性。

Yao解释说：“为了减少计算误差，我们需要紧凑型量子电路，特别是由一组硬件操作系统组成的量子电路，将系统从初始点移动到目的地有各种路径，由于每种操作都可能存在错误，因此需要找到最短路径。

Yao的团队使用的算法旨在自动找到最短路径。他说，这项工作是助力整个系统朝着模拟真实材料迈出的重要一步。当这项技术得到充分开发时，材料研究人员就可以更有效地发现和设计用于特定目的的新材料。

Yao说：“我们已经开发出一些自适应方法来构建用于静态或动态模拟的紧凑型量子电路。自适应方法首次全面应用于来自真实材料的杂质模型，这是在量子计算机上进行真实材料模拟的重要一步。”

编译：卉可

编辑：慕一

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