一个由量子物理学家Ronny Thomale教授领导的五人小组，来自德国
茨堡-德累斯顿卓越集群。qmat获得了国际IBM量子开放科学奖的第二名。
篮织图案的量子芯片:来自德国茨堡-德累斯顿卓越集群的研究团队。Qmat设计了一种能够确定12原子kagome晶格基态的算法。为此，研究人员在国际上获得了第二名
IBM量子开放科学竞赛。这种新算法可以被IBM用来训练它的量子芯片。(图片来源:J?rg Bandmann / Exzellenzcluster ct.qmat)
掌握量子计算的全球竞赛正在升温。科技行业和庞大的科学界都在为一个共同的目标探索多种途径:创造一台功能极其强大、功能通用的量子计算机。
量子计算有可能推动人工智能和机器学习等领域的进步。与传统计算机不同，量子计算机使用限于逻辑状态0或1的比特，量子计算机使用量子比特，或简称量子位。一个量子位可以存在无数种中间状态，这种现象被称为叠加态。然而，到目前为止，这些中间态非常脆弱，衰变迅速。研究人员希望通过实现这些量子态的稳定性和利用大量量子比特的力量来改变这种状况。
在量子开放科学奖(Quantum Open Science Prize)等竞赛中，IBM等行业巨头正在寻找改进的算法，以提高其量子技术的功效。
IBM今年的竞赛目标是编写一个16量子位的量子芯片，以匹配传统同类芯片的可靠性。人们希望，一旦达到这一基准，就能制造出以前被认为不可能实现的计算能力的量子芯片。
为了帮助实现这一目标，IBM向竞争对手提供了16量子位猎鹰(Falcon)量子芯片。“我们设计了一种新的算法，并在IBM芯片上一次又一次地测试。Pratyay Ghosh博士解释说:“我们能够预留计算时间并在线转发代码。”Pratyay Ghosh博士是这个获奖的五人团队的项目负责人，他来自Ronny Thomale教授的理论物理I主席和wrzburg - dresden卓越集群的博士后。量子物质的复杂性和拓扑学。
“通常，像IBM这样的IT巨头，由于他们在算法问题上的专业知识，他们的量子技术是由计算机科学家优化的。然而，在全球130多份参赛作品中，由我主持的一组初出茅庐的理论物理学家获得了第二名。我们很高兴!这一成就强调了从传统计算到量子计算的演变不仅仅是计算机科学的范畴，而且还应该得到基础物理学的支持，”罗尼·托梅尔教授在评论IBM的荣誉时说。
“我的团队采用了许多面向物理的编码策略来定制适合挑战集的算法。在ct。Qmat，我们研究和开发量子材料，也研究kagome晶格和量子磁性-这是今年任务的关键方面。我们的优势在于我们是物理学家。”目前，该团队正在准备一份出版物，从物理学的角度阐述他们的研究。
对于2023年IBM量子开放科学奖，参与者的任务是使用16量子位的IBM量子猎鹰来精确确定磁性量子材料基态的能量。所讨论的材料是基于包含12个原子的kagome晶格。
Pratyay Ghosh说:“有了一个16量子比特的芯片，我们可以识别由12个原子组成的kagome恒星的基态，我们迅速确定了量子电路的有效算法。”他补充说:“真正的挑战在于从普遍存在的量子噪声中筛选真实信号，这转化为纠错。这让我们忙了整整两个月。”
传统计算机可以轻松地计算今年IBM的挑战，但它产生的结果作为评估量子计算机编码准确性的关键基准，正如Thomale指出的那样。当量子芯片处理问题时，会产生固有噪声(“量子噪声”)。这种噪声源于叠加态的脆弱性，如果量子计算要胜过传统计算，就需要消除这种噪声。“我的团队成功地将我们的量子算法的偏离从传统计算获得的参考值降至1%以下。在这一努力中，我们的算法经过微调，可以准确地确定12原子kagome晶格的基态，尽管存在量子噪声。”
IBM不仅评估了代码的效率，还评估了它的可伸缩性。首先，该团队必须找到一种算法，既能描述微小的12原子量子系统，又能描述传统计算机。“完成了这一点，我们希望很快将我们的方法转换到更大的量子系统，”Thomale宣布。“受挫磁学中尚未解决的问题之一是如何确定kagome海森堡磁体基态的性质。”
量子磁学是qmat卓越集群的核心研究领域之一。正如Thomale解释的那样:“我们将隐藏在kagome磁体中的自旋液体的存在理论化。然而，解决这个难题需要计算更大的kagome晶格。”自旋液体描述的是量子磁体中没有磁序的相位。这是一种全新的物质状态，可以为技术开辟全新的起点。然而，这里有一个障碍:“12个量子比特不足以探测自旋液体。我们可能至少需要1000个。”
国际开放科学竞赛于2020年由IT公司IBM创办，今年是第三届。共有130多个参赛作品，评判标准包括性能、可扩展性和创造力。第一名的奖金为3万美元，第二名的奖金为2万美元。公共机构的成员，如
茨堡大学的研究人员，不会得到任何奖金。
来自卓越集群的第二名获奖团队。qmat由Pratyay Ghosh, Alexander Fritzsche, Alexander Stegmaier, Richard Strunck和Jannis Seufert组成，他们都是JMU w
茨堡大学理论物理I的主席，由Ronny Thomale教授领导。
卓越集群qmat -量子物质的复杂性和拓扑结构自2019年以来一直由Julius-Maximilians-Universit?t w
rzburg和Universit?t Dresden Technische联合运行。来自四大洲30多个国家的近400名科学家研究拓扑量子材料，这些材料在超低温、高压或强磁场等极端条件下揭示了令人惊讶的现象。目标包括发现、合成和研究新型磁性材料，展示出令人惊讶的、相互作用驱动的现象。其中一个研究领域是自旋液体。ct。qmat由德国联邦和州政府的卓越战略资助，是德国唯一一个位于两个不同联邦州的卓越集群。
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