量子计算机有望通过实现曾经被认为不可能的计算来彻底改变科学。但要让量子计算机成为日常现实，还有很长的路要走，它还要通过许多具有挑战性的测试。其中一项测试涉及利用量子计算机来模拟下一代量子技术的材料特性。

在美国能源部(DOE)阿贡国家实验室和芝加哥大学合作进行的一项新研究中，研究人员对自旋缺陷进行了量子模拟，自旋缺陷是材料中的特定杂质，可为新的量子技术提供有希望的基础。该研究通过校正量子硬件中的噪声，提高了量子计算机计算的准确性。研究自旋缺陷还提供了一个真实世界的系统来验证量子计算机的能力。

芝加哥大学化学博士，阿贡国家实验室资深科学家、普利兹克分子工程学院教授Giulia Galli说：“我们进行此类模拟的原因是为了对材料特性有一个基本的了解，并告诉实验者如何最终更好地为新技术设计材料。为量子系统获得的实验结果通常相当复杂，它可能难以解释。进行量子模拟对于帮助解释实验结果并提出新的预测是非常重要的。”

虽然量子模拟已经在传统计算机上已经进行了很长的时间，但量子计算机可能能够解决即使是当今最强大的传统计算机也无法解决的问题。随着围绕这项工作的研究人员正在继续努力构建和使用量子计算机，能否实现这一目标仍有待观察。

同时还是该论文第一作者的Galli说。“我们想学习如何使用新兴的新计算技术，在量子计算的早期阶段制定稳健的策略是了解如何在未来有效使用这些机器的重要第一步。如今，绝大多数使用量子计算机进行的计算都是在模型系统上进行的。这些模型在理论上很有趣，但模拟具有实验意义的实际材料对整个科学界来说更有价值。”

在量子计算机上对材料和分子的特性进行计算面临着一个经典计算机没有遇到的问题，这种现象被称为硬件噪声。每次执行计算时，嘈杂的计算都会返回略有不同的答案。如每次对于“2加2是多少”的问题，嘈杂的加法运算可能会返回与4略有不同的值。

该研究的共同主要作者、阿贡科学家Marco Govoni说：“测量的不确定性取决于量子硬件。我们工作的成就之一是我们能够纠正我们的模拟以补偿我们在硬件上遇到的噪音。”

该研究的第一作者、芝加哥大学研究生Benchen Huang表示，了解如何处理量子计算机中的噪声以进行逼真的模拟是一个重要的结果。他说：“我们可以预见，未来我们可能会有无噪声的量子计算。学习如何在模拟中消除或抑制噪声也将教会我们量子优势是否可能成为现实，以及是否能解决材料科学中的哪些问题。”

最后，根据Galli的说法，量子计算机的突破性潜力将激发更多沿着这些方向开展的工作。她说：“我们才刚刚开始，前方的道路看起来充满了激动人心的挑战。”（编译:Qtech）