新颖的混合方案加快了在量子计算机上模拟核反应的速度

为恒星提供动力并形成元素的核反应是由量子力学粒子、质子和中子的相互作用产生的。解释这些过程是计算物理学中最具挑战性的未解决问题之一。

随着碰撞核质量的增加，对其进行建模所需的资源甚至超过了最强大的传统计算机。量子计算机可以执行必要的计算。然而，它们目前还达不到所需数量的可靠且长寿命的量子比特。

发表在《物理评论 A》上的研究将传统计算机和量子计算机结合起来，显着加速了解决这一问题的前景。

研究人员成功地利用混合计算方案模拟了两个中子的散射。这开辟了计算核反应速率的途径，而这在实验室中很难或不可能测量。其中包括在天体物理学和国家安全中发挥作用的反应速率。

混合方案还将有助于模拟其他量子力学系统的特性。例如，它可以帮助研究人员研究电子与被称为声子的量子化原子振动的散射，这是超导性的基础过程。

华盛顿大学、特伦托大学、高级量子测试台 (AQT) 和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家团队提出了一种混合算法，用于模拟粒子量子力学系统的(实时)动力学。

在这种混合方法中，粒子空间坐标的时间演化是在经典处理器上进行的，而自旋变量的演化是在量子硬件上进行的。研究人员通过模拟 AQT 中两个中子的散射演示了这种混合方案。

在实施误差缓解策略以提高算法的准确性并采用理论和实验方法阐明量子相干性的损失之后，演示验证了所提出的协同处理方案的原理。

即使该项目研究的演示系统很简单，但结果表明，当前混合方案的推广可能为使用量子计算机模拟量子散射实验提供一条有前途的途径。

利用具有更长相干时间和更高量子门保真度的未来量子平台，混合算法将能够对复杂核反应进行鲁棒计算，这对于天体物理学和核科学的技术应用非常重要。