kvantsimulerare

Kvantsimulerare är en anordning eller ett system som utnyttjar kontrollerbara kvantsystem för att efterlikna beteendet hos ett annat kvantsystem som är svårt att studera direkt. Syftet är att undersöka kvantmångkroppsproblem, kvantfaser och dynamik som är centrala inom fysik, kemi och materialvetenskap, utan att förlita sig på prisvärda klassiska beräkningar.

Det finns två breda kategorier: analoga kvantsimulerare och digitala kvantsimulerare. Analoga kvantsimulerare implementerar ett specifikt styrt Hamiltonian i en fysisk plattform, till exempel ultrakalla atomer i optiska galler, eller system av fångade joner, för att direkt efterlikna den valda modellen. Digitala kvantsimulerare använder gatebaserade kvantdatorer för att approximera tidsutvecklingen genom upprepade kvantlogikoperationer.

Vanliga plattformar inkluderar ultrakalla atomer i optiska galler, fångade joner och supraledande kvantbitar. Genom att kontrollera interaktioner, potentialer och tidsutveckling kan man simulera modeller som Fermi-Hubbard, Bose-Hubbard och olika spinmodeller, eller i vissa fall föreställa sig förenklade teorier inom kvantfältteori.

Användningar omfattar studier av kvantfaser, korrelationer och transport i material, beräkning av elektroniska energier i molekyler samt utforskning av teoretiska modeller som är svåra att lösa med klassiska datorer. Utmaningar inkluderar störningar, decoherence, skalbarhet och hur resultaten ska överföras mellan simulatorn och målsystemet.

Forskningen är aktiv och internationell, med kontinuerlig utveckling av nya plattformar, felreducering och mer kompletta simuleringar som närmar sig realistiska kvantsystem.