计算机科学与探索

作者：栾添, 匡学衡, 王维, 岳寰宇

单位：1. 量子科技长三角产业创新中心，江苏 苏州 2151002. 中国电子科学研究院 中国电科量子科技重点实验室，北京 100041

关键词：量子计算,量子模拟,物理系统,量子算法

当前量子计算作为量子科技的前沿领域，在模拟物理系统方面取得了显著进展，但仍面临硬件噪声、量子误差等技术挑战。综述了量子计算在物理系统模拟中的最新进展，聚焦于量子-经典混合算法和错误缓解技术的应用，探讨其在不同物理系统中的优势与局限性。研究内容包括基于超导量子计算机的分子体系模拟、凝聚态物理系统的多体问题模拟、复杂流体力学系统的方程求解，以及在天体物理与高能物理中的应用。针对分子体系，变分量子算法（VQE）被广泛用于求解多电子体系的基态能量，并通过错误缓解方法提升了模拟的准确性。对于凝聚态物理系统，量子计算在模拟强关联自旋模型方面展现出较高的精度和效率，特别是在更大规模的自旋链模拟中实现了前所未有的精确度。流体力学领域的研究表明，量子-经典混合算法在求解纳维-斯托克斯方程时，能够实现一定程度的加速，为未来的流体动力学研究提供了新的工具。天体物理模拟中，量子计算被用于黑洞和暗物质性质的研究，展示了潜在的指数级加速能力，为理解宇宙中极端条件下的物理现象提供了可能性。在高能物理领域，量子计算在解决施温格模型等问题中表现出良好的应用前景，并初步探索了量子机器学习在高能实验数据分析中的潜力。为量子计算在多领域物理系统模拟的应用提供了全面的视角，指出了未来的发展方向与技术挑战。

来源：2024年第11期

《计算机科学与探索》期刊编辑部

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