Ny studie: Digitala kvantdatorer kan exakt simulera komplexa topologiska gitter för ökad potential

StockholmForskare vid National University of Singapore (NUS) har gjort ett betydande framsteg genom att noggrant simulera topologiska gitter av högre ordning med hjälp av digitala kvantdatorer. Denna utveckling förbättrar studiet av avancerade kvantmaterial, kända för sina stabila kvanttillstånd, som har många teknologiska tillämpningar.

Denna forskning är betydelsefull av flera anledningar: den möjliggör simulering av komplexa HOT-gitter med hjälp av basala spin-kedjor på digitala kvantdatorer, den introducerar nya tekniker för att minska fel och öka noggrannheten på nuvarande ljudiga mellanskala kvantmaskiner (NISQ), och den skapar nya sätt för kvantdatorer att potentiellt överträffa klassiska datorer i specifika uppgifter.

Studien handlar om topologiska tillstånd hos materia, som är kända för sina unika egenskaper. Topologiska isolatorer, en typ av dessa material, tillåter elektricitet att flöda endast på deras ytor eller kanter medan insidan förblir icke-ledande. Dessa egenskaper gör dem mycket lovande för att skapa enheter som kräver pålitlig transport eller signalöverföring.

Biträdande professor Lee Ching Hua och hans team har lyckats programmera digitala kvantdatorer att modellera stora och komplexa gitter. Denna metod utnyttjar kvantbits stora lagringskapacitet. Genom att använda färre resurser och minska brus, uppnådde de mycket exakta mätningar av topologiska staters beteende och mittklyftspektra, även för teoretiska material i högre dimensioner.

Läs också:

Idag · 12:24

Innovativ process förvandlar växtavfall till grönt flygbränsle

Framstegen är viktiga eftersom de visar att kvantdatorer kan användas praktiskt inom materialvetenskap. Trots att nuvarande kvantenheter har fel, möjliggör teamets metoder att vi kan studera kvantmaterial som vi tidigare inte kunde. Detta tyder på att vi i framtiden kan använda kvantdatorer för att skapa nya material med specifika egenskaper, vilket kan förändra områden som elektronik, fotonik och kvantinformationsbearbetning.

Forskarna publicerade sina resultat i Nature Communications och visade hur deras fynd kan tillämpas i praktiken. Deras metod är skalbar och utgör både en akademisk framgång och ett steg framåt mot användningen av kvantteknologi inom materialteknik och andra områden.

Genom att använda dessa avancerade simuleringstekniker i digitala kvantdatorer kan stora framsteg uppnås inom flera områden, såsom:

• Materialteknik: Skapandet av material med specifika egenskaper för avancerade applikationer.
• Kvantdatorvetenskap: Bättre felkorrigeringsmetoder för att göra kvantapparater mer effektiva.
• Teknologiska tillämpningar: Utveckling av starkare och mer effektiva system för transport och kommunikation.

När kvanttekniken utvecklas kommer vi sannolikt att kunna simulera komplexa topologiska gitter, vilket öppnar för nya forskningsvägar och teknologiska framsteg. NUS-teamets prestationer förbereder oss för framtida upptäckter och tillämpningar inom det snabbt växande området kvantmaterial.