07 апреля 2023 г. (Новости Наноуэрк) Если вы знаете атомы, из которых состоит определенная молекула или твердый материал, взаимодействия между этими атомами можно определить вычислительным путем, решая уравнения квантовой механики — по крайней мере, если молекула маленькая и простая. Однако решение этих уравнений, имеющих решающее значение для областей от инженерии материалов до разработки лекарств, требует непомерно большого времени вычислений для сложных молекул и материалов. Теперь исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) и Притцкеровской школы молекулярной инженерии (PME) Чикагского университета и Департамента химии изучили возможность решения этих электронных структур с помощью квантового компьютера. Исследование, в котором используется комбинация новых вычислительных подходов, было опубликовано в Интернете в Журнал химической теории и вычислений («Квантовое моделирование фермионных гамильтонианов с эффективным кодированием и схемами анзаца»). Его поддержали Q-NEXT, Национальный исследовательский центр квантовой информации Министерства энергетики США, возглавляемый Аргонном, и Интегрированный центр вычислительных материалов Среднего Запада (MICCoM). «Это захватывающий шаг к использованию квантовых компьютеров для решения сложных задач вычислительной химии», — сказала Джулия Галли, руководившая исследованием вместе с Марко Говони, штатным научным сотрудником Аргоннского университета и членом Чикагского консорциума по передовым наукам и инженерии (CASE). .
Профессор Джулия Галли и другие исследователи изучили возможность прогнозирования электронной структуры сложных материалов с помощью квантового компьютера, что является достижением в областях от инженерии материалов до разработки лекарств. (Изображение предоставлено Галли Групп)
Вычислительная задача
Прогнозирование электронной структуры материала включает в себя решение сложных уравнений, которые определяют, как взаимодействуют электроны, а также моделирование того, как различные возможные структуры сравниваются друг с другом по их общим энергетическим уровням. В отличие от обычных компьютеров, которые хранят информацию в двоичных битах, квантовые компьютеры используют кубиты, которые могут существовать в суперпозиции состояний, что позволяет им легче и быстрее решать определенные задачи. Химики-вычислители спорят о том, смогут ли квантовые компьютеры в конечном итоге решить проблему электронной структуры сложных материалов лучше, чем обычные компьютеры, и если да, то когда. Однако современные квантовые компьютеры остаются относительно небольшими и производят зашумленные данные. Даже с этими недостатками Галли и ее коллеги задавались вопросом, смогут ли они добиться прогресса в создании базовых методов квантовых вычислений, необходимых для решения проблем электронной структуры на квантовых компьютерах. «Вопрос, который мы действительно хотели решить, заключается в том, что можно сделать с нынешним состоянием квантовых компьютеров», — сказал Говони. «Мы задали вопрос: даже если результаты квантовых компьютеров зашумлены, могут ли они все же быть полезны для решения интересных задач в материаловедении?»Итерационный процесс
Исследователи разработали процесс гибридного моделирования с использованием квантовых компьютеров IBM. В их подходе небольшое количество кубитов — от четырех до шести — выполняет часть вычислений, а результаты затем обрабатываются с помощью классического компьютера. «Мы разработали итеративный вычислительный процесс, который использует сильные стороны как квантовых, так и обычных компьютеров», — сказал Бенчен Хуанг, аспирант Galli Group и первый автор новой статьи. После нескольких итераций процесс моделирования смог обеспечить правильные электронные структуры нескольких спиновых дефектов в твердотельных материалах. Кроме того, команда разработала новый подход к уменьшению ошибок, помогающий контролировать собственные шумы, создаваемые квантовым компьютером, и обеспечивать точность результатов.Намеки на будущее
На данный момент электронные структуры, решаемые с помощью нового квантового вычислительного подхода, уже могут быть решены с помощью обычного компьютера. Таким образом, давний спор о том, может ли квантовый компьютер превзойти классический в решении проблем электронной структуры, еще не разрешен. Однако результаты, полученные с помощью нового метода, открывают путь квантовым компьютерам для работы с более сложными химическими структурами. «Когда мы увеличим его до 100 кубитов вместо 4 или 6, мы думаем, что у нас может быть преимущество перед обычными компьютерами», — сказал Хуанг. — Но точно время покажет. Исследовательская группа планирует продолжать совершенствовать и расширять свой подход, а также использовать его для решения различных типов электронных задач, таких как молекулы в присутствии растворителей, а также молекулы и материалы в возбужденном состоянии.- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- Источник: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62766.php
- :является
- $UP
- 10
- 100
- 11
- 7
- 8
- a
- в состоянии
- точность
- дополнение
- адрес
- продвинутый
- продвижение
- плюс
- Преимущества
- После
- уже
- и
- подхода
- подходы
- МЫ
- Национальная лаборатория Аргон
- AS
- At
- автор
- BE
- Лучшая
- между
- by
- CAN
- случаев
- Центр
- определенный
- сложные
- химический
- химия
- Химики
- коллеги
- сочетание
- сравнить
- комплекс
- компьютер
- компьютеры
- консорциум
- контроль
- обычный
- может
- Создающий
- критической
- Текущий
- Текущее состояние
- данным
- Время
- дебаты
- Кафедра
- Проект
- предназначенный
- Определять
- определены
- развитый
- различный
- DOE
- наркотик
- каждый
- легко
- эффективный
- Электронный
- электронов
- энергетика
- Проект и
- обеспечивать
- уравнения
- ошибка
- Даже
- со временем
- возбужденный
- захватывающий
- Разведанный
- человек
- Поля
- Во-первых,
- Что касается
- от
- далее
- генерируется
- выпускник
- группы
- Есть
- помощь
- Как
- Однако
- HTTPS
- Гибридный
- IBM
- IBM квант
- изображение
- улучшение
- in
- информация
- свойственный
- вместо
- интегрированный
- взаимодействовать
- взаимодействие
- интересный
- IT
- итерации
- JPG
- Сохранить
- Знать
- лаборатория
- привело
- позволяя
- уровни
- Длинное
- сделать
- Марко
- материала
- материалы
- механический
- член
- метод
- методы
- средняя
- может быть
- смягчение
- моделирование
- молекулярный
- молекула
- БОЛЕЕ
- национальный
- Новые
- Шум
- номер
- of
- on
- ONE
- онлайн
- Другое
- общий
- бумага & картон
- часть
- особый
- выполнять
- Планы
- Платон
- Платон Интеллектуальные данные
- ПлатонДанные
- возможность
- возможное
- прогнозирования
- присутствие
- Проблема
- проблемам
- процесс
- производит
- Прогресс
- обеспечивать
- при условии
- опубликованный
- Квантовый
- Квантовый компьютер
- квантовые компьютеры
- квантовая информация
- кубиты
- вопрос
- быстро
- относительно
- оставаться
- обязательный
- требуется
- исследованиям
- исследовательская группа
- исследователи
- Итоги
- s
- Сказал
- Шкала
- масштабирование
- схемы
- Школа
- Наука
- Ученый
- Стабильный
- несколько
- просто
- моделирование
- ШЕСТЬ
- небольшой
- твердый
- РЕШАТЬ
- Решение
- Вращение
- Персонал
- Область
- Области
- Шаг
- По-прежнему
- магазин
- сильные
- Структура
- "Студент"
- такие
- топ
- суперпозиция
- Поддержанный
- принимает
- команда
- который
- Ассоциация
- их
- Их
- следовательно
- Эти
- время
- в
- Сегодняшних
- к
- Типы
- нам
- лежащий в основе
- Университет
- использование
- различный
- стремятся
- Путь..
- ЧТО Ж
- Что
- Что такое
- будь то
- , которые
- КТО
- будете
- зефирнет