スウェーデンの研究者がエラー軽減技術を使用して量子コンピューティングを化学に適用

20 年 2023 月 XNUMX 日 — チャーマーズ大学の研究者は、スウェーデンで初めて、リファレンス状態エラー緩和 (REM) と呼ばれる方法を使用して、化学の実際のケースでの計算に量子コンピューターが使用されたことを発表しました。研究者は、量子コンピューターと従来のコンピューターの両方からの計算を利用して、ノイズによって発生するエラーを修正することで機能すると述べています。

「理論的には、量子コンピューターを使用して、電子と原子核がより複雑な方法で移動する場合を処理できます。 それらの可能性を最大限に活用することを学ぶことができれば、計算と理解が可能な範囲を広げることができるはずです」勉強。

量子化学の分野では、量子力学の法則を利用して、どのような化学反応が可能で、どのような構造や材料を開発でき、どのような特性を持っているかを理解します。 そのような研究は通常、従来の論理回路で構築されたスーパーコンピュータの助けを借りて行われます。 しかし、従来のコンピュータが処理できる計算には限界があります。 量子力学の法則は、素粒子レベルでの自然の振る舞いを記述しているため、多くの研究者は、量子コンピューターは従来のコンピューターよりも分子計算を実行するのに適していると考えています。

「この世界のほとんどのものは本質的に化学物質です。 例えば、私たちのエネルギーキャリアは、生物学や古い車や新しい車の中で、分子や材料の中でさまざまな方法で配置された電子と原子核で構成されています. 量子化学の分野で私たちが解決する問題のいくつかは、これらの配置のどれがより可能性が高く、または有利であるかを、それらの特性とともに計算することです」とMartin Rahmは言います.

量子コンピューターが研究者の目標を達成するには、まだ道のりがあります。 この研究分野はまだ始まったばかりであり、実行される小さなモデルの計算は、量子コンピューターの周囲からのノイズによって複雑になります。 しかし、Martin Rahm と彼の同僚は、重要な前進と見なす方法を見つけました。 この方法は、参照状態エラー軽減 (REM) と呼ばれ、量子コンピューターと従来のコンピューターの両方の計算を利用して、ノイズによって発生するエラーを修正することによって機能します。

「この研究は、私たちの方法が量子化学計算の質を改善できるという概念実証です。 これは、今後の量子コンピューターの計算を改善するために使用する便利なツールです」と Rahm 氏は述べています。

この方法の背後にある原理は、従来のコンピューターと量子コンピューターの両方で同じ問題を記述して解決することにより、最初に基準状態を考慮することです。 この参照状態は、量子コンピューターによって解決されることを意図した元の問題よりも、分子のより単純な記述を表しています。 従来のコンピューターは、この単純なバージョンの問題をすばやく解決できます。 両方のコンピューターからの結果を比較することで、ノイズによる誤差の量を正確に見積もることができます。 参照問題に対する XNUMX 台のコンピューターの解の違いを使用して、元のより複雑な問題を量子プロセッサで実行したときに解を修正できます。 この新しい方法を Chalmers の量子コンピューター Särimner* からのデータと組み合わせることで、研究者は水素や水素化リチウムなどの小さな分子の固有エネルギーを計算することに成功しました。 同等の計算は、従来のコンピューターでより迅速に実行できますが、新しい方法は重要な開発を表しており、スウェーデンの量子コンピューターでの量子化学計算の最初のデモンストレーションです。

「次世代の量子コンピューターの準備が整ったときに、より大きく複雑な分子の計算を可能にする方法がさらに開発される可能性が高いと考えています」と Martin Rahm は言います。

この研究は、マイクロテクノロジーおよびナノサイエンス部門の同僚と緊密に協力して実施されました。 彼らは研究で使用される量子コンピューターを構築し、化学計算に必要な高感度測定の実行を支援しました。

「実際の量子アルゴリズムを使用することによってのみ、ハードウェアが実際にどのように機能し、どのように改善できるかを理解できます。 化学計算は、量子コンピューターが有用であると私たちが確信している最初の分野の XNUMX つであるため、Martin Rahm のグループとの協力は特に価値があります」と、マイクロテクノロジーおよびナノサイエンス部門の量子技術の准教授である Jonas Bylander は述べています。

記事を読む 参照状態エラーの軽減: 化学の高精度量子計算のための戦略 Journal of Chemical Theory and Computation に掲載されました。
この記事は、Phalgun Lolur、Mårten Skogh、Werner Dobrautz、Christopher Warren、Janka Biznárová、Amr Osman、Giovanna Tancredi、Göran Wendin、Jonas Bylander、および Martin Rahm によって書かれています。 研究者はチャーマーズ工科大学で活躍しています。

この研究は、 ワレンバーグ量子技術センター (WACQT) そしてEUプロジェクトのOpensuperQ。 OpensuperQ は、量子コンピューターの構築を目的として、ヨーロッパ 10 か国の大​​学と企業を結び付けており、その拡張により、チャーマーズの研究者の量子化学計算に関する研究にさらなる資金が提供されます。

*Särimner は、Wallenberg Center for Quantum Technology (WACQT) の枠組みの中で Chalmers によって構築された、XNUMX つのキュービットまたは量子ビットを備えた量子プロセッサの名前です。 その名前は、豚のサリムナーが毎日屠殺され、食べられ、復活したという北欧神話から借用されています。
Särimner は現在、25 キュービットのより大きなコンピューターに置き換えられており、WACQT の目標は、今日の最高の従来型スーパーコンピューターの能力をはるかに超える問題を解決できる 100 キュービットの量子コンピューターを構築することです。

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• 情報源： https://insidehpc.com/2023/04/swedish-researchers-use-error-mitigation-technique-to-apply-quantum-computing-to-chemistry/