Peneliti Swedia Menggunakan Teknik Mitigasi Kesalahan untuk Menerapkan Komputasi Kuantum pada Kimia

April 20, 2023 — Para peneliti di Chalmers University telah mengumumkan bahwa untuk pertama kalinya di Swedia, komputer kuantum telah digunakan untuk perhitungan dalam kasus kehidupan nyata dalam bidang kimia menggunakan metode yang disebut Reference-State Error Mitigation (REM), yang mana peneliti mengatakan bekerja dengan mengoreksi kesalahan yang terjadi akibat kebisingan dengan memanfaatkan perhitungan dari komputer kuantum dan komputer konvensional.

“Komputer kuantum secara teori dapat digunakan untuk menangani kasus di mana elektron dan inti atom bergerak dengan cara yang lebih rumit. Jika kita dapat belajar untuk memanfaatkan potensi penuh mereka, kita harus dapat memajukan batas-batas dari apa yang mungkin untuk dihitung dan dipahami, ”kata Martin Rahm, Associate Professor Kimia Teoritis di Departemen Kimia dan Teknik Kimia, yang memimpin penelitian tersebut. belajar.

Dalam bidang kimia kuantum, hukum mekanika kuantum digunakan untuk memahami reaksi kimia apa yang mungkin terjadi, struktur dan bahan apa yang dapat dikembangkan, dan karakteristik apa yang dimilikinya. Studi semacam itu biasanya dilakukan dengan bantuan komputer super, dibangun dengan sirkuit logis konvensional. Namun ada batas perhitungan yang dapat ditangani oleh komputer konvensional. Karena hukum mekanika kuantum menggambarkan perilaku alam pada tingkat subatomik, banyak peneliti percaya bahwa komputer kuantum seharusnya lebih siap untuk melakukan kalkulasi molekuler daripada komputer konvensional.

“Kebanyakan hal di dunia ini pada dasarnya adalah bahan kimia. Misalnya, pembawa energi kita, di dalam biologi maupun di mobil lama atau baru, terdiri dari elektron dan inti atom yang disusun dengan cara yang berbeda dalam molekul dan materi. Beberapa masalah yang kami pecahkan di bidang kimia kuantum adalah menghitung pengaturan mana yang lebih mungkin atau menguntungkan, beserta karakteristiknya,” kata Martin Rahm.

Masih ada jalan yang harus dilalui sebelum komputer kuantum dapat mencapai tujuan para peneliti. Bidang penelitian ini masih muda dan kalkulasi model kecil yang dijalankan diperumit oleh kebisingan dari lingkungan komputer kuantum. Namun, Martin Rahm dan rekan-rekannya kini telah menemukan metode yang mereka anggap sebagai langkah maju yang penting. Metode ini disebut Reference-State Error Mitigation (REM) dan bekerja dengan mengoreksi kesalahan yang terjadi akibat noise dengan memanfaatkan perhitungan dari komputer kuantum dan komputer konvensional.

“Studi ini adalah pembuktian konsep bahwa metode kami dapat meningkatkan kualitas perhitungan kimia kuantum. Ini adalah alat yang berguna yang akan kami gunakan untuk meningkatkan kalkulasi kami pada komputer kuantum di masa mendatang,” kata Rahm.

Prinsip di balik metode ini adalah pertama-tama mempertimbangkan status referensi dengan mendeskripsikan dan memecahkan masalah yang sama pada komputer konvensional dan komputer kuantum. Status referensi ini mewakili deskripsi molekul yang lebih sederhana daripada masalah asli yang dimaksudkan untuk diselesaikan oleh komputer kuantum. Komputer konvensional dapat memecahkan masalah versi sederhana ini dengan cepat. Dengan membandingkan hasil dari kedua komputer, perkiraan yang tepat dapat dibuat untuk jumlah kesalahan yang disebabkan oleh derau. Perbedaan antara solusi kedua komputer untuk masalah referensi kemudian dapat digunakan untuk memperbaiki solusi untuk masalah awal yang lebih kompleks saat dijalankan pada prosesor kuantum. Dengan menggabungkan metode baru ini dengan data dari komputer kuantum Chalmers, Särimner*, para peneliti telah berhasil menghitung energi intrinsik dari contoh molekul kecil seperti hidrogen dan litium hidrida. Perhitungan ekuivalen dapat dilakukan lebih cepat pada komputer konvensional, tetapi metode baru ini merupakan perkembangan penting dan merupakan demonstrasi pertama perhitungan kimia kuantum pada komputer kuantum di Swedia.

“Kami melihat kemungkinan bagus untuk pengembangan lebih lanjut dari metode ini untuk memungkinkan perhitungan molekul yang lebih besar dan kompleks, ketika komputer kuantum generasi berikutnya siap,” kata Martin Rahm.

Penelitian ini dilakukan bekerja sama erat dengan rekan-rekan di Departemen Mikroteknologi dan Nanosains. Mereka telah membangun komputer kuantum yang digunakan dalam penelitian, dan membantu melakukan pengukuran sensitif yang diperlukan untuk perhitungan kimia.

“Hanya dengan menggunakan algoritme kuantum nyata, kami dapat memahami bagaimana perangkat keras kami benar-benar bekerja dan bagaimana kami dapat meningkatkannya. Kalkulasi kimiawi adalah salah satu bidang pertama yang kami yakini bahwa komputer kuantum akan bermanfaat, sehingga kolaborasi kami dengan kelompok Martin Rahm sangat berharga,” kata Jonas Bylander, Associate Professor di Quantum Technology di Department of Microtechnology and Nanoscience.

Baca artikel Mitigasi Kesalahan Referensi-Negara: Strategi untuk Komputasi Kuantum Kimia dengan Akurasi Tinggi dalam Jurnal Teori Kimia dan Komputasi.
Artikel ini ditulis oleh Phalgun Lolur, Mårten Skogh, Werner Dobrautz, Christopher Warren, Janka Biznárová, Amr Osman, Giovanna Tancredi, Göran Wendin, Jonas Bylander, dan Martin Rahm. Para peneliti aktif di Chalmers University of Technology.

Penelitian ini dilakukan bekerjasama dengan PT Pusat Wallenberg untuk Teknologi Kuantum (WACQT) dan OpensuperQ proyek UE. OpensuperQ menghubungkan universitas dan perusahaan di 10 negara Eropa dengan tujuan membangun komputer kuantum, dan perpanjangannya akan menyumbangkan dana lebih lanjut kepada para peneliti di Chalmers untuk pekerjaan mereka dengan perhitungan kimia kuantum.

*Särimner adalah nama prosesor kuantum dengan lima qubit, atau bit kuantum, yang dibangun oleh Chalmers dalam kerangka Wallenberg Center for Quantum Technology (WACQT). Namanya dipinjam dari mitologi Nordik, di mana babi Särimner disembelih dan dimakan setiap hari, hanya untuk dibangkitkan.
Särimner kini telah digantikan oleh komputer yang lebih besar dengan 25 qubit dan tujuan WACQT adalah membangun komputer kuantum dengan 100 qubit yang dapat memecahkan masalah jauh melampaui kapasitas superkomputer konvensional terbaik saat ini.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Mencetak Masa Depan bersama Adryenn Ashley. Akses Di Sini.
• Sumber: https://insidehpc.com/2023/04/swedish-researchers-use-error-mitigation-technique-to-apply-quantum-computing-to-chemistry/