Google最新量子材料模拟研究，推进通用量子运算的发展

Google揭露了他们在模拟量子材料任务中的两大进展，第一是他们在一维系统中，精确地计算电子特性，像是电流或是电导，而第二项进展则是将描述电子交互作用的Fermi-Hubbard模型，映射到量子处理器中。这两个研究代表了量子系统，已经具备能够模拟实际应用复杂系统的能力。

第一项进展的工作重点，在于模拟像是细导线这样一维导体上的电子特性，研究人员透过在Sycamore处理器上建构出18量子位元的循环，来模拟非常细的导线。研究人员计算出导线的电子能带结构（Band Structure），而该结构描述了金属中电子的能量和动量，Google提到，尽管这18量子位元的算法，由1,400个逻辑运算组成，但是在当前的装置上，已经能实现低于1％的总误差。

在第二项进展，研究的焦点在于电子的交互作用。粒子间的交互作用会产生新的现象，像是高温超导体或是自旋电荷分离（Spin–Charge Separation），而要捕捉这类型的行为，最简单的模型被称为Fermi-Hubbard模型，在金属等材料中，原子核会形成晶格，电子在晶格间跳跃产生电流，而为了精确模拟这些系统，还必须要考虑电子彼此靠近时的排斥力。

Fermi-Hubbard模型中透过电子的跳跃率和排斥强度两个参数，来计算此物理现象，而研究人员将这两个参数，映射到处理器量子位元上的逻辑运算，利用这些运算来模拟电子电荷和自旋密度。研究人员提到，他们所计算出来的结果，可以作为超导体量子位元模拟量子材料的基准。

虽然量子处理器的运算与解决问题的能力，无庸置疑一定是高于古典方法，但是这些工程平台要被能够实际使用，必须要提供超过当前古典方法的运算准确性，在Google的第一项实验中，量子处理器展现了极高的精确性，而在第二项研究中，研究人员展示将实际电子互动模型嵌入量子处理器中。这两个实验结果有助于量子处理器，达成超越古典运算水准的目标。