스웨덴 연구원, 양자 컴퓨팅을 화학에 적용하기 위해 오류 완화 기술 사용

스웨덴 연구원, 양자 컴퓨팅을 화학에 적용하기 위해 오류 완화 기술 사용

타임 스탬프 : 20 년 2023 월 8 일 오전 44:XNUMX
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20년 2023월 XNUMX일 — Chalmers University의 연구원들은 스웨덴에서 처음으로 REM(Reference-State Error Mitigation)이라는 방법을 사용하여 화학의 실제 사례 내 계산에 양자 컴퓨터가 사용되었다고 발표했습니다. 연구원들은 양자 컴퓨터와 기존 컴퓨터의 계산을 모두 활용하여 노이즈로 인해 발생하는 오류를 수정하는 방식으로 작동한다고 말합니다.

“이론적으로 양자 컴퓨터는 전자와 원자핵이 더 복잡한 방식으로 움직이는 경우를 처리하는 데 사용될 수 있습니다. 잠재력을 최대한 활용하는 법을 배울 수 있다면 계산하고 이해할 수 있는 것의 한계를 넘어설 수 있을 것”이라고 말했다. 공부하다.

양자화학 분야에서 양자역학의 법칙은 어떤 화학반응이 가능한지, 어떤 구조와 물질을 개발할 수 있는지, 어떤 특성을 가지고 있는지 이해하는 데 사용됩니다. 이러한 연구는 일반적으로 기존의 논리 회로로 구축된 슈퍼 컴퓨터의 도움으로 수행됩니다. 그러나 기존 컴퓨터가 처리할 수 있는 계산에는 한계가 있습니다. 양자 역학의 법칙은 아원자 수준에서 자연의 행동을 설명하기 때문에 많은 연구자들은 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 분자 계산을 수행하는 데 더 적합해야 한다고 믿습니다.

“이 세상의 대부분은 본질적으로 화학적입니다. 예를 들어, 우리의 에너지 운반체는 오래된 자동차나 새로운 자동차뿐만 아니라 생물학 내에서도 분자와 물질에서 서로 다른 방식으로 배열된 전자와 원자핵으로 구성됩니다. 양자 화학 분야에서 우리가 해결하는 문제 중 일부는 특성과 함께 이러한 배열 중 어느 것이 더 가능성이 높거나 유리한지 계산하는 것입니다.”라고 Martin Rahm은 말합니다.

양자 컴퓨터가 연구원들이 목표로 하는 것을 달성하려면 아직 갈 길이 멀다. 이 연구 분야는 아직 젊고 실행되는 작은 모델 계산은 양자 컴퓨터 주변의 노이즈로 인해 복잡합니다. 그러나 Martin Rahm과 그의 동료들은 이제 중요한 진전이라고 생각하는 방법을 찾았습니다. 이 방법을 REM(Reference-State Error Mitigation)이라고 하며 양자 컴퓨터와 기존 컴퓨터의 계산을 모두 활용하여 노이즈로 인해 발생하는 오류를 수정하는 방식으로 작동합니다.

“이 연구는 우리의 방법이 양자 화학 계산의 품질을 향상시킬 수 있다는 개념 증명입니다. 앞으로 양자 컴퓨터에 대한 계산을 개선하는 데 사용할 유용한 도구입니다.”라고 Rahm이 말했습니다.

이 방법의 기본 원리는 기존 컴퓨터와 양자 컴퓨터 모두에서 동일한 문제를 설명하고 해결하여 참조 상태를 먼저 고려하는 것입니다. 이 참조 상태는 양자 컴퓨터에서 해결하려는 원래 문제보다 분자에 대한 간단한 설명을 나타냅니다. 기존의 컴퓨터는 이 간단한 버전의 문제를 신속하게 해결할 수 있습니다. 두 컴퓨터의 결과를 비교하여 노이즈로 인한 오류의 양을 정확하게 추정할 수 있습니다. 참조 문제에 대한 두 컴퓨터의 솔루션 간의 차이점은 양자 프로세서에서 실행될 때 원래의 더 복잡한 문제에 대한 솔루션을 수정하는 데 사용할 수 있습니다. 이 새로운 방법을 Chalmers의 양자 컴퓨터 Särimner*의 데이터와 결합함으로써 연구자들은 수소 및 수소화 리튬과 같은 작은 분자의 고유 에너지를 계산하는 데 성공했습니다. 등가 계산은 기존 컴퓨터에서 더 빠르게 수행할 수 있지만 새로운 방법은 중요한 발전을 나타내며 스웨덴의 양자 컴퓨터에서 양자 화학 계산을 처음으로 시연합니다.

Martin Rahm은 "차세대 양자 컴퓨터가 준비되면 더 크고 복잡한 분자를 계산할 수 있는 방법을 추가로 개발할 수 있는 좋은 가능성을 봅니다."라고 말합니다.

이 연구는 마이크로기술 및 나노과학부의 동료들과 긴밀히 협력하여 수행되었습니다. 그들은 연구에 사용되는 양자 컴퓨터를 구축하고 화학 계산에 필요한 민감한 측정을 수행하는 데 도움을 주었습니다.

"하드웨어가 실제로 어떻게 작동하고 어떻게 개선할 수 있는지 이해할 수 있는 것은 실제 양자 알고리즘을 사용해야만 가능합니다. 화학 계산은 양자 컴퓨터가 유용할 것이라고 믿는 첫 번째 영역 중 하나이므로 Martin Rahm 그룹과의 협력은 특히 가치가 있습니다.

기사 읽기 기준 상태 오류 완화: 화학의 고정확도 양자 계산을 위한 전략 화학 이론 및 계산 저널.
이 기사는 Phalgun Lolur, Mårten Skogh, Werner Dobrautz, Christopher Warren, Janka Biznárová, Amr Osman, Giovanna Tancredi, Göran Wendin, Jonas Bylander 및 Martin Rahm이 작성했습니다. 연구원들은 Chalmers University of Technology에서 활동하고 있습니다.

이 연구는 발렌베르그 양자 기술 센터(WACQT) EU 프로젝트 OpensuperQ. OpensuperQ는 양자 컴퓨터 구축을 목표로 유럽 10개국의 대학과 회사를 연결하며, OpensuperQ의 확장은 양자 화학 계산 작업을 위해 Chalmers의 연구원에게 추가 자금을 제공할 것입니다.

*Särimner는 Wallenberg Center for Quantum Technology(WACQT)의 프레임워크 내에서 Chalmers가 구축한 XNUMX큐비트 또는 양자 비트가 있는 양자 프로세서의 이름입니다. 그 이름은 돼지 Särimner가 매일 도살되고 먹혔지만 부활하기 위해 매일 북유럽 신화에서 빌려온 것입니다.
Särimner는 이제 25큐비트의 더 큰 컴퓨터로 대체되었으며 WACQT의 목표는 오늘날 최고의 기존 슈퍼 컴퓨터의 용량을 훨씬 넘어서는 문제를 해결할 수 있는 100큐비트의 양자 컴퓨터를 구축하는 것입니다.

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