Phasecraft展示了近期在量子计算软件方面取得的重大进展。在《自然通讯》杂志上发表的一篇已经过同行评审的新论文中，该公司分享了一种很有前景的量子系统模拟新策略。许多人认为，材料和化学模拟将是量子计算首批重要应用之一，它在复杂材料模拟方面将拥有超越最强大超级计算机的能力。

哈密顿模拟算法提供了一种利用量子计算机在原子水平上模拟材料的方法。该方法为电池正极材料、光伏太阳能电池以及其他高科技材料和化学应用的计算和模拟打下了基础。量子模拟可以加快新材料发现速度，并能节省数年时间和数十亿美元的成本。

加速材料研发对现实世界的影响

Statista的一份报告称，2019年，各公司在先进材料和化学品领域的研发支出为410亿美元，以用于开发和测试潜在工业用途的新材料。Goldbeck估计，先进的计算材料模拟可能会带来60%的潜在成本节约。量子计算在加速材料发现方面的潜在影响是重大的。BCG估计，在未来3到5年，量子计算将为材料建模创造的价值为4-6亿美元，10年后这一数字将升至25-30亿美元，20年后将上升至270 - 550亿美元。Phasecraft的研究突破有望加快这种对现实世界影响的步伐。

Phasecraft联合创始人和该研究的联合负责人Toby Cubitt说：“与之前最好的研究相比，我们的研究展示了5个数量级的进步。即使在考虑噪声和错误的情况下，我们的新算法也只需要259个逻辑时间步，而之前最好的记录是1234586步。以前人们认为需要完全可扩展的、容错的量子计算机才能完成，它可能是几十年之后的事。我们现在只需要汉密尔顿模拟，就可以在短期的硬件上达到这一目的。”

他说：”虽然我们的结果还不能满足当前有限容量的量子硬件，并距离能够运行的算法仍有一个数量级的差别，但它让我们离目标更近了。这种数量级的算法改进将量子计算机应用的时间尺度缩短了许多年。基于IBM和谷歌等领导者的量子硬件路线图，我们可能会在2至3年内看到在量子硬件上展示量子优势的科学应用。”

适用于嘈杂中型量子(NISQ)硬件

量子硬件目前的容量非常有限，甚至无法运行最简单的量子算法教科书式实例，而且它还没有添加大规模量子计算所需的纠错和容错能力。目前，高端量子硬件实现了大约50个量子比特，能够实现大约20个门深的量子电路。而现实世界的应用程序需要超越当今最先进水平的技术。

Phasecraft创造了真实世界可以的量子应用，它考虑了NISQ设备的计算容量。该公司的研究包括在软件算法中实施基准减错和纠错技术，以解释量子硬件在现实世界中的运作方式。

Phasecraft的Laura Clinton是该研究的负责人之一，她也是伦敦大学学院的博士生，她解释说：“这项研究的想法是，我们如何从近期的量子硬件中挤出所有有用的东西。我们的研究表明，这一新技术可以用于近期的嘈杂中型量子(NISQ)硬件，通过利用量子比特级交互的裸机控制，在门级电路下，能更有效地实现算法，并减少错误的传播。”

Phasecraft和剑桥大学的研究小组成员Johannes Bausch补充说：“在经典计算中，对时间关键的子程序执行低级优化是很常见的。在量子硬件上，这种思路更具挑战性。我们必须首先确定量子硬件能提供哪些捷径，以及这些捷径能让我们在多大程度上突破可能的极限。这既包括严格的分析计算，也包括广泛的数值模拟，以精确地确定在硬件方面运行我们提出的哈密顿模拟算法所需的条件。”

其联合创始人Ashley Montanaro补充道：“Phasecraft的存在是为了在近期的易出错、噪声大的量子硬件上展示有用且真实的应用。虽然像谷歌(Phasecraft的合作伙伴)这样的公司最近宣布，一款有用的量子计算机将在2029年面世，但Phasecraft的工作表明，远在这个截止日期之前，量子计算就有潜力用于实验室测试和演示之外的应用。”

下一步的计划是，Phasecraft团队将与包括Rigetti和IBM在内的量子硬件合作伙伴共同致力于在工业硬件上进行小规模实现和演示。Phasecraft还与包括Johnson Matthey在内的行业合作伙伴合作，在由英国研究与创新(UKRI)推动的项目中寻找使用量子计算模拟电池材料的有效方法。

自2019年成立以来，Phasecraft与Rigetti、IBM和谷歌等领先量子计算公司建立了合作伙伴关系，与Johnson Matthey建立了行业合作伙伴关系，并获得了UKRI的多项资助，包括与Rigetti在英国开发首台大型商用量子计算机。Phasecraft现在是一个由15人组成的团队，总部位于英国，已从包括Episode 1、LocalGlobe、Parkwalk Advisors和UCL Technology Fund在内的投资者那里筹集了逾700万美元资金。

谷歌量子人工智能研究科学家Yuan Su说表示，Phasecraft团队取得的研究结果，为用近期量子设备开发量子算法的形成了范式转变。通过考虑一个更现实的计算模型，并采用一堆错误分析和电路实现的技术，他们取得了比之前的工作更令人印象深刻的改进，量子资源估计的哈密顿模拟使实际量子计算更接近现实。

Rigetti欧洲技术伙伴关系总监Marco Paini说：“自2020年9月以来，我们一直与Phasecraft团队合作建造英国首台大规模商用量子计算机。这个团队的技术能力和创造力给我们留下了深刻的印象，在不久的将来，他们将突破量子计算的极限。我们期待与Phasecraft继续合作，并在Rigetti硬件上测试这种新模型，以加速量子优势，并追求实际应用。”（编译:Julien）