日本高级科学技术研究所 在这个图中，跳跃幅度和原子迁移的可能路径的存在[图板(a)]可以在微观水平上被识别
但是使用跳跃幅度的大小来计算所有选择的路径并不容易
要了解一种材料的性质，必须能够计算出后者
信用:来自JAIST的Ryo Maezono 所有科学家和数学家都渴望解决的最重要的一类问题是优化问题，因为它们与科学和现实生活都有关联
从深奥的计算机科学难题到更现实的车辆路线、投资组合设计和数字营销问题，所有这些问题的核心都是需要解决的优化问题
在解决这类问题时经常使用的一种吸引人的技术是“量子退火”技术，这是一种通过使用“量子隧穿”——一种量子物理现象——从几个候选解决方案中选择最佳解决方案来解决优化问题的框架
具有讽刺意味的是，正是在量子力学问题中，这项技术得到了相当少的应用
“处理量子问题的化学家和材料科学家大多不熟悉量子退火，因此不认为应该使用它
因此，找到这种技术的应用，对于提高其作为该领域有用方法的认知度非常重要
日本高级科学技术研究所的Ryo Maezono，他擅长将信息科学应用于材料科学领域
为此，教授
在最近发表在《科学报告》上的一项研究中，Maezono和他的同事Keishu Utimula一起探索了固体中的离子扩散现象，这是一个在纯材料科学和应用材料科学中都非常感兴趣的话题
D
2020年毕业于JAIST材料科学专业，是该研究的主要作者
肯塔·洪戈教授
中野光介(Kousuke Nakano)，通过应用一个结合量子退火和从头计算的框架，一种不依赖实验数据计算材料物理性质的方法
“虽然目前的从头开始技术可以提供关于离子扩散路径网络的信息，但很难将这些信息映射到扩散系数的有用知识中，扩散系数是一个实际相关的量，”教授解释说
Maezono
具体来说，该团队着眼于计算“相关因子”，这是扩散过程中的一个关键量，并意识到这可以通过将该过程框架化为路由优化问题来实现，这正是量子退火框架设计要解决的问题！因此，科学家使用量子退火和各种其他计算技术计算了一个简单的二维四方晶格的相关因子，并比较了它们的输出，他们已经知道了精确的结果
虽然所评估的相关系数与所采用的所有方法的分析结果一致，但由于大型系统不切实际的计算成本，所有方法都有局限性
然而，科学家指出，与其他技术相比，量子退火的计算费用以线性方式增长得更慢，而其他技术显示出快速的指数增长
教授
梅佐诺对这一发现感到兴奋，并相信，随着技术的充分进步，量子退火将成为解决材料科学问题的最佳选择
“固体中的离子扩散问题对于制造更小、容量更大的电池或提高钢的强度至关重要
我们的工作表明，量子退火在解决这个问题上是有效的，并且可以扩大整个材料科学的范围，”他总结道
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