Cercetătorii suedezi folosesc tehnica de atenuare a erorilor pentru a aplica calculul cuantic la chimie

20 aprilie 2023 — Cercetătorii de la Universitatea Chalmers au anunțat că, pentru prima dată în Suedia, un computer cuantic a fost utilizat pentru calcule într-un caz real din chimie, folosind o metodă numită Reference-State Error Mitigation (REM), care cercetătorii spun că funcționează prin corectarea erorilor care apar din cauza zgomotului utilizând calculele atât de la un computer cuantic, cât și de la un computer convențional.

„Calculatoarele cuantice ar putea fi, teoretic, folosite pentru a gestiona cazurile în care electronii și nucleele atomice se mișcă în moduri mai complicate. Dacă putem învăța să le folosim întregul potențial, ar trebui să putem avansa limitele a ceea ce este posibil de calculat și înțeles”, a spus Martin Rahm, profesor asociat în chimie teoretică la Departamentul de Chimie și Inginerie Chimică, care a condus studiul. studiu.

În domeniul chimiei cuantice, legile mecanicii cuantice sunt folosite pentru a înțelege ce reacții chimice sunt posibile, ce structuri și materiale pot fi dezvoltate și ce caracteristici au acestea. Astfel de studii sunt efectuate în mod normal cu ajutorul super-calculatoarelor, construite cu circuite logice convenționale. Există totuși o limită pentru care calculatoarele convenționale le pot gestiona. Deoarece legile mecanicii cuantice descriu comportamentul naturii la nivel subatomic, mulți cercetători cred că un computer cuantic ar trebui să fie mai bine echipat pentru a efectua calcule moleculare decât un computer convențional.

„Majoritatea lucrurilor din această lume sunt în mod inerent chimice. De exemplu, purtătorii noștri de energie, atât în ​​biologie, cât și în mașinile vechi sau noi, sunt formați din electroni și nuclee atomice aranjate în moduri diferite în molecule și materiale. Unele dintre problemele pe care le rezolvăm în domeniul chimiei cuantice sunt să calculăm care dintre aceste aranjamente sunt mai probabile sau mai avantajoase, împreună cu caracteristicile lor”, spune Martin Rahm.

Mai este un drum de parcurs înainte ca computerele cuantice să poată realiza ceea ce urmăresc cercetătorii. Acest domeniu de cercetare este încă tânăr, iar calculele mici ale modelelor care sunt efectuate sunt complicate de zgomotul din împrejurimile computerului cuantic. Cu toate acestea, Martin Rahm și colegii săi au găsit acum o metodă pe care o consideră un pas important înainte. Metoda se numește Reference-State Error Mitigation (REM) și funcționează prin corectarea erorilor care apar din cauza zgomotului utilizând calculele atât de la un computer cuantic, cât și de la un computer convențional.

„Studiul este o dovadă a conceptului că metoda noastră poate îmbunătăți calitatea calculelor chimice cuantice. Este un instrument util pe care îl vom folosi pentru a ne îmbunătăți calculele pe computerele cuantice în viitor”, a spus Rahm.

Principiul din spatele metodei este de a lua în considerare mai întâi o stare de referință prin descrierea și rezolvarea aceleiași probleme atât pe un computer convențional, cât și pe un computer cuantic. Această stare de referință reprezintă o descriere mai simplă a unei molecule decât problema inițială intenționată să fie rezolvată de computerul cuantic. Un computer convențional poate rezolva rapid această versiune mai simplă a problemei. Prin compararea rezultatelor de la ambele computere, se poate face o estimare exactă pentru cantitatea de eroare cauzată de zgomot. Diferența dintre soluțiile celor două computere pentru problema de referință poate fi apoi utilizată pentru a corecta soluția pentru problema originală, mai complexă, atunci când este rulată pe procesorul cuantic. Combinând această nouă metodă cu datele de la calculatorul cuantic Särimner* al lui Chalmers, cercetătorii au reușit să calculeze energia intrinsecă a unor molecule de exemplu mici, cum ar fi hidrogenul și hidrura de litiu. Calculele echivalente pot fi efectuate mai rapid pe un computer convențional, dar noua metodă reprezintă o dezvoltare importantă și este prima demonstrație a unui calcul chimic cuantic pe un computer cuantic din Suedia.

„Vedem posibilități bune de dezvoltare ulterioară a metodei pentru a permite calculele de molecule mai mari și mai complexe, atunci când următoarea generație de computere cuantice este gata”, spune Martin Rahm.

Cercetarea a fost realizată în strânsă colaborare cu colegii de la Departamentul de Microtehnologie și Nanoștiință. Ei au construit calculatoarele cuantice care sunt utilizate în studiu și au ajutat la efectuarea măsurătorilor sensibile necesare pentru calculele chimice.

„Numai folosind algoritmi cuantici reali putem înțelege cum funcționează cu adevărat hardware-ul nostru și cum îl putem îmbunătăți. Calculele chimice sunt unul dintre primele domenii în care credem că calculatoarele cuantice vor fi utile, așa că colaborarea noastră cu grupul lui Martin Rahm este deosebit de valoroasă”, spune Jonas Bylander, profesor asociat în Tehnologia cuantică la Departamentul de Microtehnologie și Nanoștiință.

Citeste articolul Reducerea erorilor de stare de referință: o strategie pentru calculul cuantic de înaltă precizie a chimiei în Journal of Chemical Theory and Computation.
Articolul este scris de Phalgun Lolur, Mårten Skogh, Werner Dobrautz, Christopher Warren, Janka Biznárová, Amr Osman, Giovanna Tancredi, Göran Wendin, Jonas Bylander și Martin Rahm. Cercetătorii sunt activi la Universitatea de Tehnologie Chalmers.

Cercetarea a fost realizată în colaborare cu Centrul Wallenberg pentru tehnologie cuantică (WACQT) și proiectul UE OpensuperQ. OpensuperQ conectează universități și companii din 10 țări europene cu scopul de a construi un computer cuantic, iar extinderea acestuia va contribui la finanțare suplimentară cercetătorilor de la Chalmers pentru munca lor cu calculele chimice cuantice.

*Särimner este numele unui procesor cuantic cu cinci qubiți, sau biți cuantici, construit de Chalmers în cadrul Wallenberg Center for Quantum Technology (WACQT). Numele său este împrumutat din mitologia nordică, în care porcul Särimner era măcelărit și mâncat în fiecare zi, pentru a fi înviat.
Särimner a fost înlocuit acum cu un computer mai mare, cu 25 de qubiți, iar scopul pentru WACQT este de a construi un computer cuantic cu 100 de qubiți care poate rezolva probleme cu mult peste capacitatea celor mai bune super-calculatoare convenționale de astăzi.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Mintând viitorul cu Adryenn Ashley. Accesați Aici.
• Sursa: https://insidehpc.com/2023/04/swedish-researchers-use-error-mitigation-technique-to-apply-quantum-computing-to-chemistry/