多物理模拟的量子优势路线图

光子盒研究院出品

最近，欧洲量子模拟公司Quanscient宣布在量子原生多物理模拟方面实现了一个重要的里程碑。Quanscient表示，这一里程碑标志着多物理模拟新时代的到来[1]。

所谓量子原生，指的是算法将原始问题的物理学在某种意义上直接编码到量子系统中。也就是说，在量子原生模拟中，我们在量子系统的演化和它所模拟的过程之间有一个清晰而直接的类比。

在这项研究中，他们成功在真实量子计算机上运行计算流体动力学(CFD)模拟，使用他们的量子原生量子晶格玻尔兹曼方法(QLBM)算法以良好的精度求解一维平流扩散方程。“我们有相当准确的结果，而不仅仅是噪声。”

在真实量子计算机(Quantinuum Model H1-1)上求解的一维平流-扩散方程与Qiskit Aer和模拟H1-1设备的理想模拟的比较。这是使用未完全优化的电路获得的初步结果。

尽管这只是一个具有16个计算数据点的小型一维问题，但这标志着一个开始。今天的NISQ设备可以使用Quanscient的量子原生方法原生地运行宏观尺度的物理模拟。

问题是，我们能走多远？

为此，Quanscient提出了一个多物理模拟的量子优势路线图。这个路线图由六个具体步骤组成，其中前两个里程碑已经达成。

1）在量子模拟器上运行的原型QLBM求解器√

2）NISQ设备上量子本征宏观物理模拟的具体证据√

3）扩展到真实量子计算机上的二维和三维模拟

4）量子原生模拟的规模与最佳经典硬件不相上下

5）量子加速

6）在经典硬件上无法解决的模拟规模

虽然这是一项持续的努力，但每个里程碑都标志着量子多物理模拟的重大突破。

Quanscient表示，他们的算法与量子比特的数量成指数关系，这意味着如果我们有100个量子比特，可以模拟的物理计算点的数量大约在2^100左右。原则上，我们现在就能解决惊人的庞大系统。

Quanscient表示，他们不生产量子硬件，对于即将推出的NISQ设备的错误率没有太多的发言权。“我们所能影响的是我们的算法对噪声的敏感程度：实现更深的电路以及如何处理量子比特连接。”

参考链接：

[1]https://quanscient.com/blog/2022/08/11/the-milestones-to-quantum-advantage-in-quantum-native-multiphysics-simulations/#what-resources-does-it-take

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