大阪城市大学 新的量子电路与我们之前的一个的比较 量子计算机最近受到了很多关注，因为它们被期望解决普通计算机能力之外的某些问题
这些问题的主要原因是确定原子和分子的电子状态，以便它们可以更有效地用于各种行业——从锂离子电池设计到药物开发的电子技术
科学家解决这个问题的一个常见方法是计算一个分子或原子的单个状态的总能量，然后确定这些状态之间的能量差异
在自然界中，许多分子的大小和复杂性都在增长，计算这种恒定通量的成本超出了任何传统计算机或当前建立的量子算法的能力
因此，理论上对总能量的预测只有在分子不太大并且与自然环境隔绝的情况下才有可能
大阪城市大学科学研究生院的菅义伟和Takeji Takui说:“为了让量子计算机成为现实，它的算法必须足够强大，能够准确预测原子和分子的电子状态，因为它们存在于自然界中。”
2020年12月，Sugisaki和Takui与他们的同事一起，带领一组研究人员开发了一种量子算法，他们称之为贝叶斯交换耦合参数计算器(Bayesian EXchange coupling parameter calculator with Break-symmetric wave functions，BxB)，该算法通过直接计算能量差来预测原子和分子的电子状态。
他们指出，原子和分子的能量差异保持不变，不管它们有多复杂和大，尽管它们的总能量随着系统的大小而增加
“使用BxB，我们避免了计算总能量的常见做法，直接针对能量差异，将计算成本保持在多项式时间内，”他们说
“从那时起，我们的目标就是提高BxB软件的效率，使其能够以化学精度预测原子和分子的电子状态
" 使用一种被称为量子相位估计(QPE)的著名算法的计算成本作为基准，“我们计算了小分子的垂直电离能，如一氧化碳、氧气、氯化萘、F2、H2O、NH3在0
“1电子伏特(eV)的精度，”该团队说，使用了一半数量的量子位，使计算成本与QPE持平
他们的发现将会发表在3月版的《物理化学快报》上
电离能是原子和分子最基本的物理性质之一，也是理解化学键和化学反应的强度和性质的重要指标
简而言之，准确预测电离能使我们能够使用超出当前标准的化学物质
过去，需要计算中性和电离态的能量，但是使用BxB量子算法，可以在单次计算中获得电离能，而无需检查中性和电离态的单独总能量
“从BxB中量子逻辑电路的数值模拟中，我们发现读出电离能的计算成本是恒定的，与原子序数或分子大小无关，”该团队说，“电离能可以以0
在将量子逻辑电路的长度修改为小于QPE的十分之一之后
" 随着量子计算机硬件的发展，Sugisaki和Takui以及他们的团队希望BxB量子算法能够对传统计算机无法实时处理的大分子进行高精度能量计算
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