A svéd kutatók hibacsökkentő technikát alkalmaznak a kvantumszámítástechnika kémiában való alkalmazására

20. április 2023. – A Chalmers Egyetem kutatói bejelentették, hogy Svédországban először használnak kvantumszámítógépet a kémia valós eseteinek számításaihoz a Reference-State Error Mitigation (REM) nevű módszerrel. A kutatók szerint a kvantumszámítógép és a hagyományos számítógép számításait felhasználva kijavítja a zajból eredő hibákat.

„A kvantumszámítógépeket elméletileg fel lehetne használni olyan esetek kezelésére, amikor az elektronok és az atommagok bonyolultabb módon mozognak. Ha meg tudjuk tanulni kihasználni a bennük rejlő lehetőségeket, akkor előre kell lépnünk a kiszámítható és megérthető határokon” – mondta Martin Rahm, a Kémiai és Vegyészmérnöki Tanszék elméleti kémia docense, aki a projektet vezette. tanulmány.

A kvantumkémia területén a kvantummechanika törvényeit használják annak megértésére, hogy mely kémiai reakciók lehetségesek, mely szerkezetek és anyagok fejleszthetők, és milyen jellemzőkkel bírnak. Az ilyen vizsgálatokat általában szuperszámítógépek segítségével végzik, amelyeket hagyományos logikai áramkörökkel építenek fel. Van azonban egy határ, amelyen belül a hagyományos számítógépek számításokat végezhetnek. Mivel a kvantummechanika törvényei szubatomi szinten írják le a természet viselkedését, sok kutató úgy véli, hogy a kvantumszámítógépnek jobban fel kell készülnie a molekuláris számítások elvégzésére, mint egy hagyományos számítógépnek.

„A legtöbb dolog ezen a világon eredendően kémiai eredetű. Például energiahordozóink a biológián belül éppúgy, mint a régi vagy új autókban, molekulákban és anyagokban eltérő módon elhelyezkedő elektronokból és atommagokból állnak. A kvantumkémia területén megoldandó problémák egy része annak kiszámítása, hogy ezek közül az elrendezések közül melyik a valószínűbb vagy előnyösebb, jellemzőikkel együtt” – mondja Martin Rahm.

Még mindig van mit megtenni ahhoz, hogy a kvantumszámítógépek elérjék a kutatók által kitűzött célt. Ez a kutatási terület még fiatal, és az elvégzett kis modellszámításokat a kvantumszámítógép környezetéből származó zaj bonyolítja. Martin Rahm és munkatársai azonban most találtak egy olyan módszert, amelyet fontos előrelépésnek tartanak. A módszer az úgynevezett Reference-State Error Mitigation (REM), és a zajból eredő hibák korrigálásával működik, mind a kvantumszámítógép, mind a hagyományos számítógép számításait felhasználva.

„A tanulmány az elgondolás bizonyítéka, hogy módszerünk javíthatja a kvantumkémiai számítások minőségét. Ez egy hasznos eszköz, amellyel javítani fogjuk a kvantumszámítógépeken végzett számításainkat” – mondta Rahm.

A módszer alapelve az, hogy először egy referenciaállapotot veszünk figyelembe azáltal, hogy leírjuk és megoldjuk ugyanazt a problémát mind hagyományos, mind kvantumszámítógépen. Ez a referenciaállapot a molekula egyszerűbb leírását jelenti, mint a kvantumszámítógép által megoldani kívánt eredeti probléma. Egy hagyományos számítógép gyorsan megoldja a probléma ezen egyszerűbb változatát. A két számítógép eredményeinek összehasonlításával pontos becslés adható a zaj okozta hiba mértékére. A referenciaprobléma két számítógépes megoldása közötti különbség ezután felhasználható az eredeti, összetettebb probléma megoldásának kijavítására, amikor az a kvantumprocesszoron fut. Ennek az új módszernek a Chalmers Särimner* kvantumszámítógépének adataival való kombinálásával a kutatóknak sikerült kiszámítani a kis példamolekulák, például a hidrogén és a lítium-hidrid belső energiáját. Az egyenértékű számítások gyorsabban elvégezhetők egy hagyományos számítógépen, de az új módszer fontos fejlemény, és a kvantumkémiai számítások első bemutatója egy kvantumszámítógépen Svédországban.

„Jó lehetőségeket látunk a módszer továbbfejlesztésére, amely lehetővé teszi nagyobb és összetettebb molekulák számítását, amikor a kvantumszámítógépek következő generációja készen áll” – mondja Martin Rahm.

A kutatást a Mikrotechnológiai és Nanotudományi Tanszék munkatársaival szoros együttműködésben végezték. Megépítették a tanulmányban használt kvantumszámítógépeket, és segítettek a kémiai számításokhoz szükséges érzékeny mérések elvégzésében.

„Csak valódi kvantumalgoritmusok használatával érthetjük meg, hogyan működik a hardverünk, és hogyan fejleszthetjük azt. A kémiai számítások az egyik első olyan terület, ahol úgy gondoljuk, hogy a kvantumszámítógépek hasznosak lesznek, ezért különösen értékes együttműködésünk Martin Rahm csoportjával” – mondja Jonas Bylander, a Mikrotechnológiai és Nanotudományi Tanszék kvantumtechnológiai docense.

Olvassa el a cikket Referenciaállapot-hibacsökkentés: Stratégia a kémia nagy pontosságú kvantumszámítására a Journal of Chemical Theory and Computation című folyóiratban.
A cikk szerzői: Phalgun Lolur, Mårten Skogh, Werner Dobrautz, Christopher Warren, Janka Biznárová, Amr Osman, Giovanna Tancredi, Göran Wendin, Jonas Bylander és Martin Rahm. A kutatók a Chalmers Műszaki Egyetemen dolgoznak.

A kutatás együttműködésben történt a Wallenberg Kvantumtechnológiai Központ (WACQT) és az OpensuperQ uniós projekt. Az OpensuperQ 10 európai ország egyetemeit és vállalatait köti össze azzal a céllal, hogy kvantumszámítógépet építsenek, bővítése pedig további finanszírozást biztosít a Chalmers kutatóinak kvantumkémiai számításokkal kapcsolatos munkájukhoz.

*Särimner egy öt qubites vagy kvantumbites kvantumprocesszor neve, amelyet Chalmers épített a Wallenberg Center for Quantum Technology (WACQT) keretein belül. Nevét a skandináv mitológiából kölcsönözték, amelyben Särimner disznót minden nap lemészárolták és megették, hogy aztán feltámadjon.
A Särimnert most egy nagyobb, 25 qubites számítógép váltotta fel, és a WACQT célja egy 100 qubites kvantumszámítógép megépítése, amely messze meghaladja a mai legjobb hagyományos szuperszámítógépek kapacitását.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• A jövő pénzverése – Adryenn Ashley. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://insidehpc.com/2023/04/swedish-researchers-use-error-mitigation-technique-to-apply-quantum-computing-to-chemistry/