Учи Кванты! → Курс → Квантовая химия

Оценка фазы (QPE): точный путь к энергии

У молекулы есть состояния с определённой энергией — самое низкое, основное, и те, что повыше. Возьмём такое состояние и дадим молекуле немного пожить, измениться во времени. Состояние с определённой энергией при этом не разрушится: изменится только его фаза, повернётся на некоторый угол. И этот угол прямо пропорционален энергии. Значит, если суметь измерить угол поворота, мы узнаем энергию. Ровно это и делает алгоритм оценки фазы (QPE): он записывает угол двоичным числом в счётный регистр из t кубитов. Машина, которая вычитывает угол из фазы, — та же самая, что стояла в сердце алгоритма Шора. Это второй путь к энергии молекулы после VQE. Точность растёт с числом кубитов, но есть тонкость: не всякий угол ложится в сетку, которую различает регистр. Покрутите число кубитов t и фазу — и посмотрите, как это устроено.

Что измеряет алгоритм

Начнём с того, что вообще происходит. Мы приготовили молекулу в состоянии с определённой энергией и дали ей чуть-чуть измениться во времени. Такое состояние особое: время его не разрушает, а лишь поворачивает его фазу. Фазу мы знаем ещё с начала курса — это скрытая координата состояния, которую нельзя измерить напрямую, но которая правит интерференцией. Здесь важен угол, на который она повернулась. Его удобно мерить в долях полного оборота, и тогда выходит число φ от нуля до единицы — на панели это «истинная фаза φ».

Вся соль в том, что этот угол прямо пропорционален энергии состояния. Прочитать φ — значит прочитать энергию. Как алгоритм превращает угол в число, разложенное по кубитам, мы сейчас и разберём: справа видно истинную фазу, оценку алгоритма и то, какие значения он предлагает.

Это платный урок курса. Дальше — интерактив: виджеты, схемы и контрольные вопросы. Продолжение — в полном курсе «Учи Кванты!»: открыть полный курс.