kvantsimulatsioone

Kvantsimulatsioon on kvantfüüsikaliste süsteemide käitumise uurimiseks ja modelleerimiseks kasutatav meetod, mis kasutab otseselt kvantsüsteeme. Eesmärk on uurida ja arvutada kvantprotsesse, mida klassikalised arvutused tavaliselt ei suuda efektiivselt simuleerida ning mis on olulised näiteks materjaliteaduses ja keemias.

Põhjus, miks kvantsimulatsioon on vajalik, peitub Hilbert ruumi eksponentsiaalses suuruses: klassikalised arvutid peavad iga riiki eraldi esindama, mis muutub kiiresti võimatuks suuremate süsteemide puhul. Kvantsimulatsioon kasutab seevastu samu kvantolekuid nagu uuritav süsteem, võimaldades mõningaid probleeme tavapärasest paremini jaotada.

Kaks peamist lähenemist on analoogne ja digitaalne kvantsimulatsioon. Analoogne kvantsimulatsioon kasutab ühte või mõnda kvantsüsteemi, mis täpselt realiseerib soovitud Hamiltoniani ja selle ajakäitumist, nii et uuritav süsteem sarnaneb eksperimenteerimise ajal. Digitaalne kvantsimulatsioon kasutab gate-põhiseid kvantkoodasid ja ajastatud evolutsioone, et läheneda soovitud Hamiltonianile, võimaldades suurema paindlikkuse ja keerukamate mudelite lahendamist.

Rakendused hõlmavad condense matteri füüsikat (näiteks materjalide omaduste simuleerimine), kvantkeemiat (keemiliste saaduste energiatasemete ja reaktsioonide uurimine), materjaliteadust ning tehisintellekti ja optimeerimisprobleeme. Populaarsed kvantsimulatsiooni platvormid hõlmavad külmoributud iooni- ja superjuhtivatest qubitidest koosnevaid süsteeme, neutraalsete aatomite optilisi ladu ja fotonilisi seadmeid. Täpsemad katsetused on näidanud kvantsimulatsioonide võimalusi järjest keerukamate kvantmudellite puhul ning valdkond püsib aktiivses arengus, kuigi esinevad väljakutsed, sealhulgas dekoherents ja hajuvus, mis raskendavad skaleeritavust.