训练量子计算机物理学家荣获著名的IBM奖
全球掌握量子计算的竞赛正在升温。科技行业和庞大的科学界都在探索多种途径，以实现一个共同目标：创建一台极其强大且通用的量子计算机。量子计算具有推动人工智能和机器学习等领域进步的潜力。与使用仅限于 0 或 1 逻辑状态的位进行操作的传统计算机不同，量子计算机使用量子位(简称量子位)。一个量子位可以存在于无数的中间状态——这种现象被称为叠加。然而，到目前为止，这些中间状态一直极其脆弱并且衰变迅速。研究人员希望通过实现这些量子态的稳定性并利用大量量子位的力量来改变这一现状。
使用新代码进行训练
在量子开放科学奖等竞赛中，IBM 等行业巨头都在寻找完善的算法来增强其量子技术的功效。IBM 今年竞赛的目标是编写 16 量子位量子芯片，使其可靠性与传统芯片相媲美。人们希望，一旦达到这一基准，量子芯片就能够进行以前认为不可能的计算。为了帮助实现这一目标，IBM 向竞争对手提供了 16 量子位 Falcon 量子芯片。“我们设计了一种新颖的算法，并在 IBM 芯片上反复进行了测试。我们能够预留计算时间并在线转发代码，”Pratyay Ghosh 博士解释道，
物理学的飞跃
“通常情况下，像 IBM 这样的 IT 巨头的量子技术是由计算机科学家根据他们在算法问题上的专业知识来优化的。然而，在全球 130 多份提交的作品中，由我主持的一支崭露头角的理论物理学家团队获得了第二名。我们很高兴!这一成就强调了这样一个理念：从传统计算到量子计算的演变不仅是计算机科学的范围，还应该得到基础物理学的支持。”Ronny Thomale 教授在评论 IBM 的荣誉时说道。“我的团队采用了多种面向物理的编码策略来根据挑战集定制算法。在 ct.qmat，我们研究和开发量子材料，还研究 kagome 晶格和量子磁性——这是今年任务的关键方面。我们的优势是我们是物理学家。” 现在，
快速算法和两个月的纠错
在 2023 年 IBM 量子开放科学奖中，参赛者的任务是使用 16 量子位 IBM Quantum Falcon 精确确定磁性量子材料基态的能量。该材料基于由 12 个原子组成的 kagome 晶格。Pratyay Ghosh 表示：“我们使用 16 量子位芯片来识别由 12 个原子组成的 kagome 星的基态，我们很快就确定了一种有效的量子电路算法。” 他补充道：“真正的挑战在于从普遍的量子噪声中筛选出真正的信号，这可以转化为纠错。这让我们忙了整整两个月。”
托马勒指出，传统计算机可以轻松计算今年的 IBM 挑战，但它产生的结果可以作为评估量子计算机编码准确性的关键基准。当量子芯片处理问题时，就会产生固有噪声(“量子噪声”)。这种噪声源于叠加态的脆弱性，如果量子计算要超越传统计算，就需要消除这种噪声。“我的团队成功地将我们的量子算法与传统计算实现的参考值的偏差降至 1% 以下。在这项工作中，我们对算法进行了微调，以准确确定 12 原子戈薇晶格的基态，尽管存在量子噪声。”
即将到来的解决方案?
IBM 不仅评估了代码的效率，还评估了其可扩展性。首先，该团队必须找到一种算法来描述微型 12 原子量子系统以及传统计算机。托马勒表示：“实现这一目标后，我们希望尽快将我们的方法转向更大的量子系统。” “受挫磁学中尚未解决的问题之一是如何确定戈薇·海森堡磁体的基态特性。” 量子磁学是卓越集群 ct.qmat 的中心研究领域之一。正如托马勒解释的那样：“我们推测戈薇磁铁中隐藏着一种自旋液体的存在。然而，解决这一难题需要计算更大的戈薇晶格。” 自旋液体描述了没有量子磁体磁序的相。这是一种新颖的物质状态，可以为技术开辟全新的起点。然而，有一个障碍：“十二个量子位不足以检测自旋液体。我们可能至少需要一千个。”
IBM 量子开放科学奖
国际开放科学竞赛由IT公司IBM于2020年创办，今年已举办第三届。共有 130 多个参赛作品，根据性能、可扩展性和创造力进行评判。冠获得 30,000 美元的奖励，亚则获得 20,000 美元的奖励。公共机构的成员，例如维尔茨堡的研究人员，不会获得任何奖金。来自 ct.qmat 卓越集群的第二名获奖团队由 Pratyay Ghosh、Alexander Fritzsche、Alexander Stegmaier、Richard Strunck 和 Jannis Seufert 组成，他们均来自 JMU Würzburg 理论物理系主任 Ronny Thomale 教授。
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