快速前进的量子进化：物理特性提高了量子模拟的效率

洛斯阿拉莫斯的量子理论家、这两篇论文的共同作者罗兰多·索玛说："基于这项工作的算法将需要在量子计算机上首次全面展示量子模拟，"。

论文"低能量子空间中的哈密尔顿模拟"表明，量子模拟算法的复杂性取决于相关的能量尺度，而不是像以前认为的那样取决于系统的全部能量范围。事实上，一些量子系统可以有无界能量的状态，因此，即使在大型量子计算机上，模拟也会被证明是难以解决的。

这项新的研究发现，如果一个量子系统只探索低能量状态，它可以在量子计算机上以低复杂度进行模拟，而不会出现模拟崩溃的错误。

洛斯阿拉莫斯的理论物理学家、该论文的第一作者Burak Sahinoglu说："我们的工作提供了一条在低能量下系统研究量子模拟的路径，这将是推动量子模拟接近现实的需要。"该论文发表在《自然》杂志的合作伙伴《量子信息》杂志上。

"在算法的每一步，你永远不会逃到非常大的能量上去，"索玛说。"有一种方法可以编写你的量子算法，以便在每一步昨晚之后仍然留在低能量子空间内。"

作者说，他们的研究适用于一大类量子系统，并将有助于模拟量子场理论，这些理论在其低能量状态下描述物理现象。

量子系统的快速前进绕过了时间-能量不确定性原理

另一篇论文，"快进量子演化"，是索玛与加州理工学院的顾守珍，也是前洛斯阿拉莫斯量子计算暑期学校的学生合作发表在《量子》上。它展示了三个量子系统，其中量子模拟算法的运行速度--在某些情况下是指数级的，这超过了时间-能量不确定性原理所建议的极限。

索玛说："在量子力学中，在测量一个系统的能量时可以达到的最佳精度，一般来说，与测量的持续时间成反比。然而，这一原则并不适用于所有的量子系统，特别是那些具有某些物理特征的系统。"

作者表明，当这一原则被绕过时，这样的量子系统也可以在量子计算机上被非常有效地模拟，或者说是快进。

了解更多：

Burak Sahinoglu和Rolando D. Somma的"低能量子空间中的哈密尔顿模拟"，2021年7月27日，npj量子信息。

DOI: 10.1038/s41534-021-00451-w

"快速前进的量子演化"，作者：顾守珍、Rolando D. Somma和Burak Sahinoglu，2021年11月15日，Quantum。

DOI: 10.22331/q-2021-11-15-577