当科学界屏住呼吸寻找一台能够进行有用计算的大规模量子计算机时，IBM的一个研究小组却以一种完全不同的眼光来解决这个问题：现在要获得更多更好的结果，即使在目前量子资源有限的情况下，科学家们通过调整他们的方法，成功地模拟了一些分子，精确度比以前更高，不需要更多的量子位。研究人员有效地将更多的信息整合到用于进行模拟的数学函数中，这意味着这个过程的结果要精确得多，而且不需要额外的计算成本在今天的小型量子计算机上以更高的精度计算，“研究人员说，与此同时，IBM的长期量子研究合作伙伴、汽车制造商戴姆勒（Daimler）也对这一成果表现出了浓厚的兴趣，这将大大有助于开发性能更高、寿命更长、价格更低的电池。

自2015年以来，戴姆勒一直致力于将锂离子电池升级为锂硫电池，这是一种无毒且易于获得的材料，可提高电动汽车的容量和充电速度。

设计基于新材料的电池需要准确了解哪些化合物应该结合在一起以及如何结合。这个过程包括准确描述组成化合物的所有分子的所有特征，以及组成这些分子的粒子，以模拟化合物在许多不同环境中的反应。换言之，这是一项极其繁重的数据工作，在找到合适的分子组合之前，需要对无限个分子组合进行测试。

目前存在的经典方法无法以戴姆勒正在努力实现的突破所需的精度进行这些模拟。”“这是开发下一代电池的一个大问题，”IBM研究公司quantum负责人Heike Riel告诉ZDNet经典计算机，以及我们多年来在物理和化学领域建立的模型仍然不能解决这些问题。”

但是量子计算机可以快速完成这项任务。量子比特，以及它们在同一时间编码不同信息的能力，使得量子算法能够一次运行多个计算——而且预计有一天，使量子计算机能够处理https://www.zdnet.com/article/quantum-computers-are-coming-get-ready-for-them-to-change-everything.文章/“target=”\u blank“>几分钟内看似不可能解决的问题。要做到这一点，物理学家需要支持许多量子位的量子计算机；但缩放量子位绝非易事。大多数量子计算机，包括IBM的，工作的量子比特数都不到100个，远不足以模拟锂硫汽车电池等突破所需的复杂分子。这些分子的某些性质通常用一个称为哈密顿量的数学函数在计算机实验中表示，哈密顿量表示粒子的空间函数，也称为轨道。换句话说，分子越大，轨道就越大，需要更多的量子比特和量子操作。

“我们目前在量子硬件上的模拟中无法表示足够的轨道来关联现实世界中复杂分子中发现的电子，IBM的研究小组说，研究人员没有等待一台更大的量子计算机来进行有分量的计算，而是决定看看他们能用现有的技术做些什么。为了弥补资源的限制，研究小组创建了一个所谓的“相互关联”哈密顿量，这个哈密顿量被转换成包含特定分子中电子行为的附加信息。这些信息涉及到带负电荷的电子相互排斥的倾向，通常不能适用于现有的量子计算机，因为它需要太多的额外计算。通过将电子的行为直接纳入哈密顿量，研究人员因此提高了模拟的准确性，但并没有产生对更多量子位的需求。

尽管目前可用资源有限，但该方法是朝着在量子计算机上精确计算材料特性迈出的新一步。”科学家们说：“你能模拟的轨道越多，你就能越接近真实实验的结果。”更好的建模和模拟将最终导致对具有特定特性的新材料的预测。”

IBM的发现可能会加快量子应用事件的时间表，因此，即使量子计算机使用很少的量子位，新的用例也会出现。根据研究人员的说法，像戴姆勒这样的公司已经渴望找到更多关于这一突破的信息。

这不太可能改变IBM对扩大其量子计算机规模的关注。公司最近https://www.zdnet.com/article/ibm-plots-quantum-computing-roadmap-eyes-1121-qubit-system-in-2023/“target=”\u blank“>公布了百万量子比特系统的路线图，并表示在未来十年内，容错量子计算机将是一个可实现的目标。据瑞尔说，量子模拟很可能是这项技术最早应用于见证r世界影响。她说：“汽车电池就是一个很好的例子。”很快，量子位的数量将足以产生有价值的见解，你可以用这些见解开发新材料。我们很快就会在量子模拟和新材料领域看到量子优势。”

IBM的路线图宣布，公司将在2023年达到1000量子比特，这可能标志着制药和化工领域早期价值创造的开始，由于对小分子的模拟。

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