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量子计算最初的灵感是为了模拟量子系统 。 量子叠加的意思还有指数级的更多量子态需要保持轨迹在模拟中比为等效大小经典的系统 。 而在许多情况下 ， 只有在这个巨大的状态空间中 ， 有一个很小的部分是相关的 ， 这对数值模拟仍然是一个挑战 。 另一种基本的量子特性使得数字模拟的困难在于难以区分的相同粒子 。 经典的相同粒子总是有一个额外的标签附着在它们上面 ， 使它们易于识别 。 用粒子这是不可能的 。
我们解决这个问题通过将每个量子比特捕获在不同的位置 ， 这样他们自发交换位置的机会是微不足道的 。 但是 ， 一般来说 ， 如果两个相同的量子粒子可以交换位置 ， 物理描述必须是不变的交换 。 这只允许两种类型的量子\u0002文章:玻色子和费米子 。 玻色子包括光子 ， 许多类型的原子核是偶数的核子 。 费米子包括电子、质子和中子 ， 构成物质的基本元素 。 费米子是难以模拟的 。
当他们交换位置 ， 会出现一个额外的量子相这些方程 ， 使它们整体上是反对称的 。 这打乱了蒙特卡罗模拟 ， 被称为符号问题 。 巨大的状态空间与符号问题相结合电子结构的计算是分子模拟的基本要素之一 ， 这给计算电子结构带来了巨大的挑战 。 这我们预期的量子计算机可以很快应用于做有用的计算 。 更大的更精确的电子结构计算对生物分子和材料模拟有用 ， 随着基础科学的潜在突破应用 ， 例如了解酶催化 ， 导致聪明材料和药物发现 。
通用数字量子的量子模拟比较了计算机的效率用经典的计算机 ， 但是计算方程即使对量子来说 ， 离散步运动的成本仍然很高电脑 。 近期一个更有希望的方法是建立一个具有相同哈密顿量的量子模拟器正在研究的系统 。 量子模拟器则不然需要成为通用量子计算机 ， 它就是需要能够模拟一个特定的哈密顿量 ， 或者一类汉密尔顿 。 理论工作已经确定了哪些哈密托年能够模拟其他哪些哈密顿量 ， 指导量子模拟器的设计 。
计算然后运动方程简化为让量子模拟器会根据需要的时间自然地发展 。 因此这种特殊用途的量子模拟器是另一种质量保证冷开系统噪音 。 连续时间量子计算图显示了量子退火和绝热量子计算是相关的 。 所有人都可能受到不必要的噪音导致错误 。 接口焦点连续时间量子计算的例子 。 这样的模拟器可以潜在地用于解决其他类型的这些问题可以自然地编码到他们的中 ， 尽管这还没有被详细探讨 。
能够进行量子模拟的系统已经开发出来在更高级的阶段 ， 例如量子气体显微镜 ， 但需要更多的工程技术才能使它们适合超越科学实验室的操作 。 转化企业以及英国国家量子计算中心准备解决这个技术翻译过程 。 有各种各样的量子模拟算法来匹配广泛的问题是研究很有趣 。 最常见的方法是预去除基态的叠加态和最初几个激发态的量子哈密顿量 。 然后 ， 利用相位估计计算能级 。 相位估计在许多量子系统中被用作一个子程序算法 。
【分子模拟的基本要素】它使用傅里叶变换来转换量子相位转换为量子位寄存器中的可测量数据 。 然而这不是一次性计算 ， 计算必须是一次性的重复足够多次以获得所需的精度正在估计的阶段 。 其实 ， 重复是一种相对量子计算的共同特点是 ， 因为出出来的不一定是确定性的 。 获得正确的结果的概率明显好于猜测往往足以获得优势 。 有足够的重复正确的结果可以通过高水平来确定的信心 。
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