Una delle sfide più significative nello sforzo globale di ricerca e sviluppo verso migliori tecnologie energetiche - simulazione dei materiali efficiente e accurata - potrebbe essere un passo più vicino alla soluzione, basato su nuove tecniche rilasciate dalla startup di software quantistico con sede nel Regno Unito Phasecraft.
Il nuovo studio peer-reviewed in Revisione fisica B rivista dell'American Physical Society propone una nuova tecnica per modellare le particelle fermioniche, come gli elettroni, che riduce significativamente le risorse hardware quantistiche necessarie per eseguire le simulazioni.
Joel Klassen di Phasecraft, che ha co-condotto lo studio, spiegato, "Una delle potenziali applicazioni più interessanti per l'informatica quantistica è la simulazione di sistemi fisici come i materiali. Utilizzando nuovi strumenti, come i computer quantistici, sviluppare una migliore comprensione di come funziona il mondo naturale ha storicamente spesso portato a notevoli progressi tecnologici. I nostri risultati riducono le risorse necessarie per eseguire queste simulazioni, avvicinando questa applicazione alla realtà."
"Molti campi importanti come la chimica e la scienza dei materiali riguardano la dinamica delle particelle di fermioni nei sistemi fisici, sotto forma di elettroni. I fermioni sono notoriamente difficili da simulare su computer normali, quindi essere in grado di simularli in modo efficiente su un dispositivo quantistico fornirebbe un percorso più rapido per affrontare problemi difficili in queste aree di ricerca come la comprensione della superconduttività ad alta temperatura o il miglioramento dell'efficienza delle reazioni chimiche, " ha detto Charles Derby, un membro del team Phasecraft e un dottorato di ricerca. candidato all'UCL, che ha co-diretto la ricerca.
"La nostra rappresentazione compatta dei fermioni supera tutte le rappresentazioni precedenti migliorando l'uso della memoria e le dimensioni dell'algoritmo ciascuna di almeno il 25%, un passo significativo verso applicazioni scientifiche pratiche su computer quantistici a breve termine".
Sebbene l'hardware quantistico abbia visto miglioramenti significativi negli ultimi anni, i dispositivi esistenti rimangono limitati e soggetti a un accumulo di errori, ed esiste un divario tra ciò che l'hardware può fare e le risorse di cui ha bisogno il software. La nuova tecnica di modellazione non solo aiuta a colmare questa lacuna, ma ha l'ulteriore vantaggio di poter rilevare errori nel calcolo. Gli autori principali, insieme ai suoi collaboratori, Toby Cubitt e Johannes Bausch a Phasecraft, spiega come questa funzionalità aggiuntiva potrebbe essere utilizzata per aiutare a risolvere questi errori.
Basandosi su questi risultati, Phasecraft sta conducendo esperimenti su piccola scala per dimostrare questi miglioramenti delle risorse e metodi di mitigazione degli errori su hardware quantistico, oltre a lavorare con partner del settore affermati per esplorare come possono essere applicati alla simulazione del materiale delle batterie.
"Un'altra parte interessante di questo nuovo approccio è il rilevamento e la mitigazione degli errori integrati nella codifica dei fermioni, che sono particolarmente importanti a breve termine, hardware quantistico rumoroso, " ha spiegato il consulente di Phasecraft e collaboratore di ricerca Johannes Bausch.
Il co-fondatore di Phasecraft e collaboratore di ricerca Toby Cubitt ha commentato:"A Phasecraft, miriamo ad accelerare la linea temporale per il vantaggio quantico. Questa nuova ricerca continua i nostri risultati pionieristici per la creazione di compatte, efficiente in termini di risorse, software resistente agli errori progettato per la capacità limitata dell'hardware quantistico a breve termine. Sviluppando queste nuove tecniche sintonizzate sui limiti dell'hardware quantistico, Phasecraft può consentire potenziali progressi nell'efficienza energetica e nello stoccaggio, chimica, e ben oltre".
