De nouvelles simulations informatiques quantiques montrent une utilisation améliorée de la mémoire de 25 pc


De nouvelles techniques logicielles pourraient réduire les coûts de recherche en rationalisant les simulations pour les cellules solaires, les batteries et d’autres matériaux.

L’un des éléments constitutifs de la simulation informatique quantique a été affiné dans un nouvel article publié dans Physical Review B.

Les auteurs sont une équipe de Phasecraft, une entreprise dérivée de l’University College London (UCL) et de l’Université de Bristol, qui espère affiner les techniques sur les systèmes informatiques quantiques.

Alors que les ordinateurs quantiques prennent encore leur envol, des démonstrations commencent à montrer certains de leurs avantages.

En se concentrant sur la théorie quantique et les logiciels pour améliorer les ordinateurs existants, l’équipe Phasecraft déclare que les problèmes actuellement insolubles seront résolus avec la bonne combinaison de matériel et de logiciels.

Il ne s’agit pas nécessairement de mieux ou de pire que les anciens systèmes, mais d’optimiser l’utilisation des systèmes actuels. La simulation de fermions est l’une de ces utilisations.

Les fermions sont un type de particule subatomique définie par leur spin, qui a un moment cinétique demi-intégral impair (comportement prédit par les statistiques de Fermi-Direc, d’où leur nom). Les particules élémentaires telles que les électrons peuvent être des fermions, tout comme les particules composites telles que les protons.

« De nombreux domaines importants tels que la chimie et la science des matériaux sont concernés par la dynamique des particules de fermions dans les systèmes physiques », a expliqué Charles Derby, membre de l’équipe Phasecraft et doctorant à l’UCL.

Cependant, la modélisation de grands systèmes de fermions est difficile pour les ordinateurs classiques et bien plus adaptée aux systèmes quantiques.

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Une caractéristique centrale de l’informatique quantique est que, contrairement à un ordinateur classique qui utilise des bits binaires, qui peuvent être un ou zéro, un ordinateur quantique utilise des bits quantiques, ou qubits, qui peuvent être un, zéro ou les deux en même temps.

« L’une des applications potentielles les plus intéressantes de l’informatique quantique est la simulation de systèmes physiques tels que les matériaux », a déclaré Joel Klassen de Phasecraft, qui a co-dirigé l’étude.

« L’utilisation de nouveaux outils, comme les ordinateurs quantiques, pour mieux comprendre le fonctionnement du monde naturel a souvent conduit à des percées technologiques spectaculaires. Nos résultats réduisent les ressources nécessaires pour effectuer ces simulations, rapprochant ainsi cette application de la réalité. »

Selon l’étude, la représentation informatique des fermions de Phasecraft a surpassé les versions quantiques précédentes en termes d’utilisation de la mémoire et de taille d’algorithme d’au moins 25 pc.

Alors que le matériel quantique est de plus en plus répandu, l’équipe Phasecraft a mis en évidence les limites des appareils existants, créant un écart entre les besoins logiciels en ressources et ce que le matériel peut réellement réaliser. Ce travail de Phasecraft vise à combler cet écart de calcul.

Le matériel quantique existant est également sujet à une accumulation d’erreurs. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont intégré un système de détection d’erreurs qui peut détecter les erreurs dans leurs calculs au fur et à mesure.

À partir de là, Phasecraft mènera des expériences à petite échelle pour démontrer ces améliorations des ressources et ces méthodes d’atténuation des erreurs sur le matériel quantique. Ils travailleront également avec des partenaires industriels établis pour explorer des applications dans la simulation de matériaux de batterie.

« Les fermions sont notoirement difficiles à simuler sur des ordinateurs ordinaires, donc pouvoir les simuler efficacement sur un dispositif quantique permettrait de résoudre plus rapidement des problèmes difficiles dans ces domaines de recherche, tels que la compréhension de la supraconductivité à haute température ou l’amélioration de l’efficacité des réactions chimiques », a déclaré Derby. .

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