AVQDS算法的示意图。AVQDS的流程图绘制在(a)中。对于给定的变分波函数ψ[θ]和与时间相关的哈密顿^Ht，MMD模块测量麦克拉克伦距离，其细节如(b)所示。测量矩阵M和向量V的电路可以在参考文献中找到。[27].请注意，在ansatz自适应过程中，只需要测量M和V中的增量元素，它们是在给定的步骤中添加的。credit:DOI:10.1103/prxquantum . 2 . 030307美国能源部艾姆斯实验室的一组科学家开发了计算量子算法，能够高效、高精度地模拟量子系统的静态和动态特性。这些算法是对复杂材料的物理和化学有更深入了解的有价值的工具，它们是专门为在现有和不久的将来的量子计算机上工作而设计的。科学家姚永新和他在艾姆斯实验室的研究伙伴利用先进计算机的力量来加速凝聚态物理中的发现，模拟难以置信的复杂量子力学，以及它们如何在超快的时间尺度上变化。目前的高性能计算机可以模拟非常简单的小量子系统的特性，但更大或更复杂的系统会迅速增加计算机必须执行的计算数量，以达到精确的模型，不仅减缓了计算的速度，也减缓了发现的速度。
“考虑到现有量子计算能力的当前早期阶段，这是一个真正的挑战，”姚说，“但这也是一个非常有希望的机会，因为这些计算压倒了经典计算机系统，或者需要太长时间才能提供及时的答案。”
新的算法通过自适应地生成并定制计算机需要做出的“有根据的猜测”的数量和种类，来利用现有量子计算机能力的能力，以便准确地描述系统的最低能量状态和不断发展的量子力学。这些算法是可扩展的，使得它们能够用现有的“有噪声”(脆弱且容易出错)量子计算机及其近期迭代来精确地模拟更大的系统。
“精确模拟自旋和分子系统只是目标的第一部分，”姚说，“在应用中，我们看到这被用来解决复杂的材料科学问题。借助这两种算法的能力，我们可以指导实验人员努力控制材料的性质，如磁性、超导性、化学反应和光能转换。"
“我们的长期目标是实现材料的‘量子优势’——利用量子计算实现当今任何超级计算机都无法实现的能力，”艾姆斯实验室科学家彼得·奥思说。
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