Ein variationaler Eigenwertlöser auf einem photonischen Quantenprozessor

Quantencomputer versprechen, wichtige Probleme effizient zu lösen, die auf einem herkömmlichen Computer unlösbar sind. Für Quantensysteme, bei denen die physische Dimension exponentiell wächst, ist das Finden der Eigenwerte bestimmter Operatoren eines jener unlösbaren Probleme und bleibt eine grundlegende Herausforderung. Der Quantenphasenabschätzungsalgorithmus findet effizient den Eigenwert eines gegebenen Eigenvektors, erfordert jedoch eine vollständig kohärente Evolution. Hier präsentieren wir einen alternativen Ansatz, der die Anforderungen an die kohärente Evolution erheblich reduziert und diese Methode mit einem neuen Ansatz zur Zustandsvorbereitung kombiniert, der auf Ansätzen und klassischer Optimierung basiert. Wir implementieren den Algorithmus, indem wir einen hochgradig umkonfigurierbaren photonischen Quantenprozessor mit einem herkömmlichen Computer kombinieren. Wir demonstrieren experimentell die Durchführbarkeit dieses Ansatzes mit einem Beispiel aus der Quantenchemie – der Berechnung der Grundzustandsmolekülenergie für He-H(+). Der vorgeschlagene Ansatz reduziert die Anforderungen an die Kohärenzzeit drastisch und verbessert das Potenzial der heute und in naher Zukunft verfügbaren Quantenressourcen.