盡管“耦合振蕩”聽起來可能不太熟悉，但它們在自然界中無處不在。術(shù)語“耦合諧振子”描述了質(zhì)量和彈簧的相互作用系統(tǒng)，但它們在科學(xué)和工程中的用途并不止于此。他們描述了橋梁等機械系統(tǒng)、原子之間的結(jié)合，甚至地球和月球之間的引力潮汐效應(yīng)。了解這些問題使我們能夠探索從化學(xué)到工程到材料科學(xué)等一系列相應(yīng)的系統(tǒng)。
耦合振蕩系統(tǒng)通常以球和彈簧模型為代表，隨著更多振蕩器的添加，耦合振蕩系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜。太平洋西北國家實驗室 (PNNL) 聯(lián)合任命者和多倫多大學(xué)教授 Nathan Wiebe 創(chuàng)建了一種新的量子算法，現(xiàn)在可以更快、更高效地模擬這種復(fù)雜的耦合振蕩器系統(tǒng)。這些結(jié)果發(fā)表在《Physical Review X》上。
Wiebe 與谷歌量子人工智能和澳大利亞悉尼麥考瑞大學(xué)的研究人員合作，開發(fā)了一種算法，用于在量子計算機上模擬耦合質(zhì)量和彈簧的系統(tǒng)。研究人員隨后提供了新算法相對于經(jīng)典算法的指數(shù)優(yōu)勢的證據(jù)。
這種加速是通過將耦合振蕩器的動力學(xué)映射到薛定諤方程(經(jīng)典牛頓方程的量子對應(yīng))來實現(xiàn)的。從那里，可以使用哈密頓方法來模擬系統(tǒng)。
從本質(zhì)上講，這種方法允許科學(xué)家使用比傳統(tǒng)方法少得多的量子比特來表達耦合振蕩器的動力學(xué)。然后，研究人員可以使用指數(shù)級更少的操作來模擬系統(tǒng)。
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