Analoge Hamiltonsche Simulation

Die analoge Hamiltonsche Simulation (AHS) ist ein neues Paradigma im Quantencomputing, das sich erheblich vom traditionellen Quantenschaltkreismodell unterscheidet. Anstatt einer Abfolge von Gates, bei der jeder Schaltkreis nur auf ein paar Qubits gleichzeitig wirkt. Ein AHS-Programm wird durch die zeit- und raumabhängigen Parameter des betreffenden Hamiltonschen Parameters definiert. Der Hamilton-Wert eines Systems kodiert seine Energieniveaus und die Auswirkungen äußerer Kräfte, die zusammen die zeitliche Entwicklung seiner Zustände bestimmen. ^{Für ein N-qubit System kann der Hamilton-Operator durch eine quadratische Matrix mit 2 N x 2 N aus komplexen Zahlen dargestellt werden.}

Quantengeräte, die AHS ausführen können, sind so konzipiert, dass sie der zeitlichen Entwicklung eines Quantensystems unter einem benutzerdefinierten Hamiltonschen Wert sehr nahe kommen, indem ihre internen Steuerparameter sorgfältig abgestimmt werden. Zum Beispiel die Anpassung der Amplitude und die Verstimmung der Parameter eines kohärenten Antriebsfeldes. Das AHS-Paradigma eignet sich gut für die Simulation der statischen und dynamischen Eigenschaften von Quantensystemen mit vielen wechselwirkenden Teilchen, beispielsweise in der Physik der kondensierten Materie oder der Quantenchemie. Purpose-built Quantenverarbeitungseinheiten (QPUs), wie das Aquila-Gerät vonQuEra, wurden entwickelt, um die Leistungsfähigkeit von AHS zu nutzen und Probleme, die über die Reichweite herkömmlicher digitaler Quantencomputeransätze hinausgehen, auf innovative Weise anzugehen.