منوعات

يقترح العلماء خوارزمية كمومية لتطوير مواد وكيماويات جديدة

أصدر العلماء في مختبر الأبحاث البحرية بالولايات المتحدة (NRL) مؤخرًا خوارزمية Cascaded Variational Quantum Eigensolver (CVQE). أبحاث الفحص البدني المادة، والتي ينبغي أن تصبح أداة قوية لدراسة الخصائص الفيزيائية للأنظمة الإلكترونية.

خوارزمية CVQE هي نسخة مختلفة من خوارزمية Variational Quantum Eigensolver (VQE) التي تتطلب تنفيذ مجموعة من الدوائر الكمومية مرة واحدة فقط بدلاً من تنفيذها في كل تكرار أثناء عملية تحسين المعلمة، وبالتالي زيادة إنتاجية الحساب.

وقال جون ستينغر، دكتوراه في الفيزياء البحثية في قسم الكيمياء النظرية: “تنتج كلا الخوارزميتين حالة كمية قريبة من الحالة الأساسية للنظام، والتي تُستخدم لتحديد العديد من الخصائص الفيزيائية للنظام”. “الحسابات التي كانت تستغرق شهورًا في السابق يمكن إجراؤها الآن خلال ساعات.”

تستخدم خوارزمية CVQE كمبيوترًا كميًا لاستكشاف وظائف الكتلة الاحتمالية الضرورية وكمبيوترًا كلاسيكيًا لإجراء الحسابات المتبقية، بما في ذلك تقليل الطاقة.

قال ستيف هيلبرج، دكتوراه، وهو فيزيائي أبحاث في قسم نظرية المواد الوظيفية المتقدمة: “إن العثور على الحد الأدنى من الطاقة أمر صعب حسابيًا لأن حجم مساحة الحالة يزداد بشكل كبير مع حجم النظام”. “باستثناء الأنظمة الصغيرة جدًا، حتى أقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم غير قادرة على العثور على الحالة الأرضية الدقيقة.”

ولمواجهة هذا التحدي، يستخدم العلماء حاسوبًا كميًا مزودًا بسجل من الكيوبتات، التي تزداد مساحة حالتها أيضًا بشكل كبير، في هذه الحالة مع الكيوبتات. من خلال تمثيل حالات النظام المادي في مساحة حالة التسجيل، يمكن استخدام الكمبيوتر الكمي لمحاكاة الحالات في مساحة التمثيل الكبيرة جدًا للنظام.

ويمكن بعد ذلك استخراج البيانات عن طريق القياسات الكمومية. نظرًا لأن القياسات الكمومية ليست حتمية، فيجب تكرار تشغيل الدوائر الكمومية عدة مرات لتقدير التوزيعات الاحتمالية التي تصف الحالات، وهي عملية تسمى أخذ العينات. تحدد خوارزميات الكم المتغيرة، بما في ذلك خوارزمية CVQE، حالات الاختبار من خلال مجموعة من المعلمات المحسنة لتقليل الطاقة.

“الفرق الرئيسي بين طريقة VQE الأصلية وطريقة CVQE الجديدة هو أنه تم فصل عمليات أخذ العينات والتحسين في الأخيرة، بحيث يمكن إجراء أخذ العينات حصريًا على الكمبيوتر الكمي ومعالجة المعلمات حصريًا على كمبيوتر تقليدي. ” قال دان جونليكي، دكتوراه في الفلسفة، رئيس قسم الكيمياء النظرية، والذي يقود أيضًا جهود الحوسبة الكمومية في NRL. “النهج الجديد له أيضًا مزايا أخرى. لا يحتاج شكل مساحة الحل إلى التوافق مع متطلبات التماثل لسجل الكيوبت، وبالتالي، من الأسهل بكثير تشكيل مساحة الحل وتنفيذ تماثلات النظام وغيرها من الدوافع المادية القيود، والتي ستؤدي في النهاية إلى تنبؤات أكثر دقة لخصائص الأنظمة الإلكترونية.

تعد الحوسبة الكمومية أحد مكونات العلوم الكمومية، والتي تم تصنيفها كمجال تكنولوجي بالغ الأهمية في إطار رؤية التكنولوجيا الأمريكية (R&E) لعصر تنافسي من قبل وكيل وزارة الدفاع للأبحاث والهندسة، هايدي شيو.

وقال غونليك: “إن فهم خصائص الأنظمة الميكانيكية الكمومية أمر بالغ الأهمية لتطوير مواد ومواد كيميائية جديدة لسلاح البحرية ومشاة البحرية”. “التآكل، على سبيل المثال، يمثل تحديًا واسع النطاق يكلف وزارة الدفاع المليارات كل عام. يمكن استخدام خوارزمية CVQE لدراسة التفاعلات الكيميائية المسببة للتآكل وتوفير معلومات مهمة لفرق مكافحة التآكل الموجودة لدينا في سعيهم لتطوير طلاءات وإضافات أفضل. “.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى