محققان سوئدی از روش کاهش خطا برای استفاده از محاسبات کوانتومی در شیمی استفاده می کنند.

20 آوریل 2023 - محققان دانشگاه چالمرز اعلام کردند که برای اولین بار در سوئد، یک کامپیوتر کوانتومی برای محاسبات در یک مورد واقعی در شیمی با استفاده از روشی به نام کاهش خطای حالت مرجع (REM) استفاده شده است. محققان می گویند با استفاده از محاسبات یک کامپیوتر کوانتومی و یک کامپیوتر معمولی، خطاهایی را که به دلیل نویز رخ می دهد، تصحیح می کند.

رایانه‌های کوانتومی در تئوری می‌توانند برای رسیدگی به مواردی که الکترون‌ها و هسته‌های اتمی به روش‌های پیچیده‌تری حرکت می‌کنند، استفاده شوند. مارتین رام، دانشیار شیمی نظری در دپارتمان شیمی و مهندسی شیمی، گفت: اگر بتوانیم از پتانسیل کامل آنها استفاده کنیم، باید بتوانیم مرزهای محاسبات و درک آنها را پیش ببریم. مطالعه.

در زمینه شیمی کوانتومی، قوانین مکانیک کوانتومی برای درک اینکه کدام واکنش های شیمیایی امکان پذیر است، کدام ساختارها و مواد را می توان توسعه داد و چه ویژگی هایی دارند استفاده می شود. چنین مطالعاتی معمولاً با کمک ابر رایانه‌هایی که با مدارهای منطقی معمولی ساخته شده‌اند، انجام می‌شوند. با این حال محدودیتی وجود دارد که محاسباتی را که کامپیوترهای معمولی می توانند انجام دهند وجود دارد. از آنجایی که قوانین مکانیک کوانتومی رفتار طبیعت را در سطح زیراتمی توصیف می کند، بسیاری از محققان معتقدند که یک کامپیوتر کوانتومی باید برای انجام محاسبات مولکولی مجهزتر از یک کامپیوتر معمولی باشد.

«بیشتر چیزها در این دنیا ذاتاً شیمیایی هستند. به عنوان مثال، حامل های انرژی ما، در زیست شناسی و همچنین در اتومبیل های قدیمی یا جدید، از الکترون ها و هسته های اتمی تشکیل شده اند که به روش های مختلف در مولکول ها و مواد مرتب شده اند. مارتین رام می گوید: برخی از مسائلی که ما در زمینه شیمی کوانتومی حل می کنیم این است که محاسبه کنیم کدام یک از این ترتیبات محتمل تر یا سودمندتر هستند، همراه با ویژگی های آنها.

هنوز راهی وجود دارد تا کامپیوترهای کوانتومی بتوانند به آنچه محققین در نظر دارند دست یابند. این زمینه تحقیقاتی هنوز جوان است و محاسبات مدل کوچکی که انجام می شود به دلیل نویز از محیط اطراف کامپیوتر کوانتومی پیچیده است. با این حال، مارتین رام و همکارانش اکنون روشی را یافته اند که آن را گامی مهم به جلو می دانند. روش کاهش خطای حالت مرجع (REM) نامیده می شود و با استفاده از محاسبات یک کامپیوتر کوانتومی و یک کامپیوتر معمولی، خطاهایی را که به دلیل نویز رخ می دهد، تصحیح می کند.

"این مطالعه اثبات مفهومی است که روش ما می تواند کیفیت محاسبات کوانتومی-شیمیایی را بهبود بخشد. این ابزار مفیدی است که ما از آن برای بهبود محاسبات خود بر روی کامپیوترهای کوانتومی در حال حرکت به جلو استفاده خواهیم کرد.

اصل این روش این است که ابتدا یک حالت مرجع را با توصیف و حل یک مسئله در یک کامپیوتر معمولی و یک کامپیوتر کوانتومی در نظر بگیرید. این حالت مرجع توصیف ساده‌تری از یک مولکول نسبت به مسئله اصلی که قرار است توسط کامپیوتر کوانتومی حل شود را نشان می‌دهد. یک کامپیوتر معمولی می تواند این نسخه ساده تر از مشکل را به سرعت حل کند. با مقایسه نتایج هر دو کامپیوتر، می توان تخمین دقیقی برای میزان خطای ناشی از نویز انجام داد. تفاوت بین راه‌حل‌های دو رایانه برای مشکل مرجع، سپس می‌تواند برای تصحیح راه‌حل برای مشکل اصلی، پیچیده‌تر، زمانی که روی پردازنده کوانتومی اجرا می‌شود، استفاده شود. محققان با ترکیب این روش جدید با داده های رایانه کوانتومی چالمرز Särimner* موفق به محاسبه انرژی ذاتی مولکول های نمونه کوچکی مانند هیدروژن و لیتیوم هیدرید شده اند. محاسبات معادل را می توان با سرعت بیشتری روی یک کامپیوتر معمولی انجام داد، اما روش جدید نشان دهنده پیشرفت مهمی است و اولین نمایش محاسبات شیمیایی کوانتومی در یک کامپیوتر کوانتومی در سوئد است.

مارتین رام می‌گوید: «ما فرصت‌های خوبی برای توسعه بیشتر این روش می‌بینیم تا امکان محاسبات مولکول‌های بزرگ‌تر و پیچیده‌تر را فراهم کنیم، وقتی که نسل بعدی رایانه‌های کوانتومی آماده شوند».

این تحقیق با همکاری نزدیک با همکاران در دپارتمان میکروفناوری و علوم نانو انجام شده است. آنها کامپیوترهای کوانتومی مورد استفاده در این مطالعه را ساخته اند و به انجام اندازه گیری های حساسی که برای محاسبات شیمیایی مورد نیاز است، کمک کرده اند.

تنها با استفاده از الگوریتم‌های کوانتومی واقعی است که می‌توانیم بفهمیم سخت‌افزار ما واقعاً چگونه کار می‌کند و چگونه می‌توانیم آن را بهبود دهیم. جوناس بایلندر، دانشیار فناوری کوانتومی در دپارتمان میکروفناوری و علوم نانو، می‌گوید محاسبات شیمیایی یکی از اولین حوزه‌هایی است که ما معتقدیم رایانه‌های کوانتومی مفید خواهند بود، بنابراین همکاری ما با گروه مارتین رام بسیار ارزشمند است.

دفعات بازدید: مقاله کاهش خطای حالت مرجع: استراتژی برای محاسبات کوانتومی با دقت بالا در شیمی در مجله نظریه و محاسبات شیمی.
این مقاله توسط Phalgun Lolur، Mårten Skogh، Werner Dobrautz، Christopher Warren، Janka Biznárová، Amr Osman، Giovanna Tancredi، Göran Wendin، Jonas Bylander و Martin Rahm نوشته شده است. محققان در دانشگاه فناوری چالمرز فعال هستند.

تحقیق با همکاری موسسه انجام شده است مرکز فناوری کوانتومی والنبرگ (WACQT) و پروژه اتحادیه اروپا OpensuperQ. OpensuperQ دانشگاه‌ها و شرکت‌ها را در 10 کشور اروپایی با هدف ساخت یک کامپیوتر کوانتومی به هم متصل می‌کند و گسترش آن به محققان Chalmers برای کارشان با محاسبات شیمیایی کوانتومی کمک مالی بیشتری می‌کند.

*سریمنر نام یک پردازنده کوانتومی با پنج کیوبیت یا بیت کوانتومی است که توسط چالمرز در چارچوب مرکز فناوری کوانتومی والنبرگ (WACQT) ساخته شده است. نام آن از اساطیر نوردیک وام گرفته شده است، که در آن خوک سریمنر هر روز قصابی و خورده می شد تا دوباره زنده شود.
Särimner اکنون با یک کامپیوتر بزرگتر با 25 کیوبیت جایگزین شده است و هدف WACQT ساخت یک کامپیوتر کوانتومی با 100 کیوبیت است که بتواند مشکلاتی را بسیار فراتر از ظرفیت بهترین ابرکامپیوترهای معمولی امروزی حل کند.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• ضرب کردن آینده با آدرین اشلی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://insidehpc.com/2023/04/swedish-researchers-use-error-mitigation-technique-to-apply-quantum-computing-to-chemistry/