Ученые разработали новый метод быстрой подготовки квантовых состояний

Проблема поиска эффективных контрдиабатических воздействий для подготовки основных состояний связана с поиском хороших полиномиальных приближений обратной функции. Автор: Ерней Руди Финцгар.

Исследователи из Технического университета Мюнхена, Гарвардского университета и Института Флэтайрон разработали новый метод контрдиабатического воздействия, который позволяет надежно и быстро подготавливать основные квантовые состояния систем различного размера и сложности.

Основные квантовые состояния — это состояния с минимально возможной энергией. Их изучение важно для разработки новых материалов, химических соединений, фармацевтических препаратов и других ценных продуктов.

Новый подход к ускорению подготовки состояний

Традиционный метод адиабатической подготовки состояний предполагает постепенное изменение гамильтониана системы. Для ускорения этого процесса физики используют контрдиабатическое воздействие, добавляя вспомогательный член к гамильтониану, который предотвращает нежелательные переходы в состояния с более высокой энергией.

«Создание эффективной схемы контрдиабатического воздействия сводится к концептуально более простой проблеме подбора полиномов к обратной функции», — объяснил Ерней Руди Финцгар, ведущий автор исследования.

Новый метод не зависит от микроскопических деталей системы и является универсальным для различных систем, в отличие от предыдущих подходов, которые либо требовали экспоненциально растущих вычислений, либо были ненадежны для подготовки основных состояний.

Универсальное контрдиабатическое воздействие при конечных временных масштабах. Автор: Physical Review Letters (2025).

Перспективы применения

Исследователи показали, что в сочетании с адиабатическими протоколами конечного времени их метод может применяться к очень большим квантовым системам. На практике он позволяет подготавливать основные состояния быстрее и надежнее, чем традиционные подходы.

В будущем эта методика может найти применение в квантовых вычислениях, квантовом моделировании и проектировании материалов. Финцгар отметил, что его дальнейшие исследования будут сосредоточены на поиске эффективных реализаций этой схемы на современных квантовых устройствах.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.