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题名量子计算模拟物理系统进展
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作者
栾添
匡学衡
王维
岳寰宇
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机构
量子科技长三角产业创新中心
中国电子科学研究院中国电科量子科技重点实验室
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出处
《计算机科学与探索》
CSCD
北大核心
2024年第11期2787-2797,共11页
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基金
姑苏创新创业领军人才计划(ZXL2022424)。
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文摘
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。
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关键词
量子计算
量子模拟
物理系统
量子算法
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Keywords
quantum computing
quantum simulation
physical systems
quantum algorithms
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分类号
O455.3
[理学—无线电物理]
TP391
[理学—物理]
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