一种新的量子算法以比经典方法快指数级的速度模拟耦合振荡器，为物理学、工程学及其他领域的进步打开了大门。

新的量子算法加速了耦合振荡器动力学的模拟。

量子计算机有潜力比经典计算机更有效地解决某些问题。最近，研究人员设计了一种量子算法来模拟耦合的质量和弹簧系统，即耦合振荡器。这些系统是模拟从分子到桥梁等机械结构的广泛物理现象的基础。

为了模拟这些系统，研究人员首先将耦合振荡器的行为转化为薛定谔方程的形式，该方程描述了系统的量子态如何随时间演变。然后，他们使用先进的哈密顿量模拟技术在量子计算机上对系统进行建模。

哈密顿方法提供了一个理解物理系统如何演变的框架，将经典力学原理与量子力学原理联系起来。通过利用这些技术，研究人员能够仅使用大约 log(N) 个量子比特（qubits）来表示 N 个耦合振荡器的动力学，与经典模拟所需的资源相比，这是一个显着的减少。

研究人员开发的新型可证明指数级加速的类别非常少，例如这里描述的这一类。这项新研究表明，作用于 n 个量子比特的量子计算机可以使用 2n 个耦合谐振子来模拟。

与普通算法相比，该算法可以指数级地更快地模拟耦合振荡器。该方法还展示了量子动力学和谐振子之间一种新颖而微妙的联系。这项工作可能对涉及耦合振荡器的广泛现实世界问题有用。这些应用范围从工程学到神经科学再到化学。

两种量子算法和一种新的模拟方法

研究人员提供了两种用于模拟耦合谐振子的量子算法，这两种算法都提供了指数级的速度提升。利用能量守恒和哈密顿量是二次的事实，他们将位移和动量的动力学表示为单一的演化。

然后，他们使用哈密顿量模拟方法（包括一种用于计算分数查询的新方法）模拟了酉动力学。这种量子算法通过找到一组耦合常数，使得经典耦合谐振子可以模拟任意量子计算，从而提供了相对于经典算法的指数级优势。

此外，研究人员还发现了进一步的查询下界，并证明如果存在一种经典算法来模拟与研究人员的新算法性能相匹配的振荡器，那么该经典算法将违反图的查询下界，即步行者从该图描述的迷宫的入口移动到出口所需的访问图中顶点标签的次数。这意味着该算法为一组非常重要的问题提供了可证明的指数级优势，并揭示了量子计算比以前认为的具有更大的潜在影响。