美国能源部艾姆斯实验室的一组科学家开发了计算量子算法，能够高效、高精度地模拟量子系统的静态和动态特性。这些算法是深入了解复杂材料的物理和化学的宝贵工具，它们专门设计用于在现有和近期的量子计算机上工作。
科学家 Yong-Xin Yao 和他在 Ames 实验室的研究伙伴利用先进计算机的力量加速凝聚态物理学的发现，模拟极其复杂的量子力学以及它们如何在超快的时间尺度上变化。当前的高性能计算机可以模拟非常简单的小型量子系统的特性，但更大或更复杂的系统会迅速增加计算机必须执行的计算数量才能获得准确的模型，不仅减慢了计算速度，还减慢了发现速度.
“鉴于目前现有量子计算能力的早期阶段，这是一个真正的挑战，”姚说，“但它也是一个非常有希望的机会，因为这些计算压倒了经典计算机系统，或者需要很长时间才能提供及时的答案。 ”
新算法通过自适应地生成然后定制计算机需要进行的“有根据的猜测”的数量和种类来利用现有量子计算机的能力，以准确描述系统的最低能量状态和不断发展的量子力学.这些算法是可扩展的，使它们能够使用现有的“嘈杂”(脆弱且容易出错)量子计算机及其近期迭代准确地对更大的系统进行建模。
“准确模拟自旋和分子系统只是目标的第一部分，”姚说，“在应用中，我们看到这被用来解决复杂的材料科学问题。凭借这两种算法的能力，我们可以指导实验人员控制材料的特性，如磁性、超导性、化学反应和光能转换。”
“我们的长期目标是实现材料的‘量子优势’——利用量子计算来实现当今任何超级计算机都无法实现的能力，”艾姆斯实验室科学家彼得奥思说。
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