İsveçli Araştırmacılar Kuantum Hesaplamayı Kimyaya Uygulamak İçin Hata Azaltma Tekniğini Kullanıyor

20 Nisan 2023 — Chalmers Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, İsveç'te ilk kez, Referans Durumu Hatası Azaltma (REM) adı verilen bir yöntem kullanılarak kimyadaki gerçek hayattaki bir vakada hesaplamalar için bir kuantum bilgisayarın kullanıldığını duyurdu. araştırmacılar, hem kuantum bilgisayardan hem de geleneksel bilgisayardan yapılan hesaplamaları kullanarak gürültü nedeniyle oluşan hataları düzelterek çalıştığını söylüyorlar.

"Kuantum bilgisayarları teoride elektronların ve atom çekirdeğinin daha karmaşık şekillerde hareket ettiği durumları ele almak için kullanılabilir. Kimya ve Kimya Mühendisliği Bölümü'nde Teorik Kimya Doçenti Martin Rahm, "Onların tam potansiyellerini kullanmayı öğrenebilirsek, hesaplamanın ve anlamanın mümkün olan sınırlarını ilerletebiliriz" dedi. çalışmak.

Kuantum kimyası alanında, hangi kimyasal reaksiyonların mümkün olduğunu, hangi yapı ve malzemelerin geliştirilebileceğini ve hangi özelliklere sahip olduklarını anlamak için kuantum mekaniğinin yasaları kullanılır. Bu tür çalışmalar normalde geleneksel mantıksal devrelerle inşa edilmiş süper bilgisayarların yardımıyla yapılır. Bununla birlikte, geleneksel bilgisayarların işleyebileceği hesaplamaların bir sınırı vardır. Kuantum mekaniğinin yasaları, doğanın davranışını atom altı düzeyde tanımladığından, birçok araştırmacı kuantum bilgisayarının moleküler hesaplamaları gerçekleştirmek için geleneksel bir bilgisayardan daha donanımlı olması gerektiğine inanıyor.

"Bu dünyadaki çoğu şey doğası gereği kimyasaldır. Örneğin, biyolojide olduğu kadar eski veya yeni arabalarda da enerji taşıyıcılarımız, moleküller ve malzemelerde farklı şekillerde düzenlenmiş elektronlardan ve atom çekirdeklerinden oluşur. Kuantum kimyası alanında çözdüğümüz sorunlardan bazıları, bu düzenlemelerin hangilerinin özellikleriyle birlikte daha olası veya avantajlı olduğunu hesaplamaktır” diyor Martin Rahm.

Kuantum bilgisayarların araştırmacıların amaçladığı şeyi başarabilmesi için hala gidilecek bir yol var. Bu araştırma alanı henüz yeni ve yürütülmekte olan küçük model hesaplamaları, kuantum bilgisayarın çevresinden gelen gürültü nedeniyle karmaşık hale geliyor. Ancak Martin Rahm ve meslektaşları artık ileriye doğru atılmış önemli bir adım olarak gördükleri bir yöntem bulmuşlardır. Yöntem, Reference-State Error Mitigation (REM) olarak adlandırılır ve hem kuantum bilgisayardan hem de geleneksel bilgisayardan yapılan hesaplamaları kullanarak gürültü nedeniyle oluşan hataları düzelterek çalışır.

"Çalışma, yöntemimizin kuantum-kimyasal hesaplamaların kalitesini artırabileceğinin bir kanıtıdır. İleride kuantum bilgisayarlar üzerindeki hesaplamalarımızı geliştirmek için kullanacağımız faydalı bir araç," dedi Rahm.

Yöntemin arkasındaki ilke, önce aynı sorunu hem geleneksel hem de kuantum bilgisayarda tanımlayıp çözerek bir referans durumunu dikkate almaktır. Bu referans durumu, bir molekülün kuantum bilgisayarı tarafından çözülmesi amaçlanan orijinal problemden daha basit bir tanımını temsil eder. Geleneksel bir bilgisayar, sorunun bu daha basit sürümünü hızla çözebilir. Her iki bilgisayardan alınan sonuçları karşılaştırarak, gürültünün neden olduğu hata miktarı için kesin bir tahmin yapılabilir. Referans problem için iki bilgisayarın çözümleri arasındaki fark, kuantum işlemcide çalıştırıldığında orijinal, daha karmaşık problemin çözümünü düzeltmek için kullanılabilir. Araştırmacılar, bu yeni yöntemi Chalmers'ın kuantum bilgisayarı Särimner*'dan alınan verilerle birleştirerek, hidrojen ve lityum hidrit gibi küçük örnek moleküllerin içsel enerjisini hesaplamayı başardılar. Eşdeğer hesaplamalar geleneksel bir bilgisayarda daha hızlı bir şekilde gerçekleştirilebilir, ancak yeni yöntem önemli bir gelişmeyi temsil ediyor ve İsveç'te bir kuantum bilgisayarda bir kuantum kimyasal hesaplamanın ilk gösterimi.

Martin Rahm, "Yeni nesil kuantum bilgisayarları hazır olduğunda, daha büyük ve daha karmaşık moleküllerin hesaplanmasına izin verecek yöntemin daha da geliştirilmesi için iyi olasılıklar görüyoruz" diyor.

Araştırma, Mikroteknoloji ve Nanobilim Departmanındaki meslektaşları ile yakın işbirliği içinde yürütülmüştür. Çalışmada kullanılan kuantum bilgisayarları yaptılar ve kimyasal hesaplamalar için gerekli olan hassas ölçümlerin yapılmasına yardımcı oldular.

"Sadece gerçek kuantum algoritmalarını kullanarak donanımımızın gerçekte nasıl çalıştığını ve onu nasıl iyileştirebileceğimizi anlayabiliriz. Kimyasal hesaplamalar, kuantum bilgisayarların yararlı olacağına inandığımız ilk alanlardan biri, bu nedenle Martin Rahm'ın grubuyla işbirliğimiz özellikle değerli," diyor Mikroteknoloji ve Nanobilim Bölümü'nde Kuantum Teknolojisi Doçenti Jonas Bylander.

Makaleyi okuyun Referans Durumu Hatasını Azaltma: Kimyanın Yüksek Doğrulukta Kuantum Hesaplaması İçin Bir Strateji Journal of Chemical Theory and Computation'da.
Makale Phalgun Lolur, Mårten Skogh, Werner Dobrautz, Christopher Warren, Janka Biznárová, Amr Osman, Giovanna Tancredi, Göran Wendin, Jonas Bylander ve Martin Rahm tarafından yazılmıştır. Araştırmacılar, Chalmers Teknoloji Üniversitesi'nde aktiftir.

Araştırma ile işbirliği içinde yürütülmüştür. Wallenberg Kuantum Teknolojisi Merkezi (WACQT) ve AB projesi OpensuperQ. OpensuperQ, bir kuantum bilgisayar oluşturmak amacıyla 10 Avrupa ülkesindeki üniversiteleri ve şirketleri birbirine bağlıyor ve uzantısı, kuantum kimyasal hesaplamaları ile çalışmaları için Chalmers'daki araştırmacılara daha fazla finansman sağlayacak.

*Särimner, Wallenberg Kuantum Teknolojisi Merkezi (WACQT) çerçevesinde Chalmers tarafından oluşturulmuş beş kübitlik veya kuantum bitlik bir kuantum işlemcinin adıdır. Adı, domuz Särimner'in her gün katledildiği ve yenildiği, ancak diriltildiği İskandinav mitolojisinden ödünç alınmıştır.
Särimner'in yerini artık 25 kübitlik daha büyük bir bilgisayar aldı ve WACQT'nin hedefi, günümüzün en iyi geleneksel süper bilgisayarlarının kapasitesinin çok ötesinde sorunları çözebilen 100 kübitlik bir kuantum bilgisayar oluşturmak.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Adryenn Ashley ile Geleceği Basmak. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://insidehpc.com/2023/04/swedish-researchers-use-error-mitigation-technique-to-apply-quantum-computing-to-chemistry/