瑞典研究人员使用错误缓解技术将量子计算应用于化学

20 年 2023 月 XNUMX 日 — 查尔姆斯大学的研究人员宣布，在瑞典，量子计算机首次用于现实生活中的化学案例的计算，使用一种称为参考状态误差缓解 (REM) 的方法，该方法研究人员表示，它的工作原理是利用量子计算机和传统计算机的计算来纠正由于噪声引起的错误。

“理论上，量子计算机可用于处理电子和原子核以更复杂方式移动的情况。 如果我们能够学会充分利用它们的潜力，我们就应该能够推进计算和理解的界限，”化学与化学工程系理论化学副教授 Martin Rahm 说，他领导了学习。

在量子化学领域，量子力学定律被用来理解哪些化学反应是可能的，哪些结构和材料可以开发，以及它们具有哪些特性。 这些研究通常是在超级计算机的帮助下进行的，超级计算机是用传统的逻辑电路构建的。 然而，传统计算机可以处理的计算是有限的。 由于量子力学定律在亚原子水平上描述了自然界的行为，因此许多研究人员认为，与传统计算机相比，量子计算机应该能够更好地执行分子计算。

“这个世界上的大多数事物本质上都是化学物质。 例如，我们的能量载体，无论是在生物学中还是在新旧汽车中，都是由以不同方式排列在分子和材料中的电子和原子核组成的。 我们在量子化学领域解决的一些问题是计算这些排列中哪些更有可能或更有优势，以及它们的特性，”Martin Rahm 说。

在量子计算机实现研究人员的目标之前，还有一段路要走。 这个研究领域还很年轻，运行的小型模型计算因来自量子计算机周围环境的噪声而变得复杂。 然而，Martin Rahm 和他的同事们现在找到了一种他们认为向前迈出重要一步的方法。 该方法称为参考状态错误缓解 (REM)，其工作原理是利用量子计算机和传统计算机的计算来纠正由于噪声而发生的错误。

“这项研究是一个概念验证，表明我们的方法可以提高量子化学计算的质量。 这是一个有用的工具，我们将使用它来改进我们在未来的量子计算机上的计算，”Rahm 说。

该方法背后的原理是首先通过在传统计算机和量子计算机上描述和解决相同问题来考虑参考状态。 该参考状态代表了比量子计算机打算解决的原始问题更简单的分子描述。 传统计算机可以快速解决这个更简单的问题。 通过比较两台计算机的结果，可以准确估计噪声引起的误差量。 当原始的、更复杂的问题在量子处理器上运行时，两台计算机对参考问题的解决方案之间的差异可以用来纠正原始的、更复杂的问题的解决方案。 通过将这种新方法与 Chalmers 的量子计算机 Särimner* 的数据相结合，研究人员成功地计算出了氢和氢化锂等小分子示例的内在能量。 等效计算可以在传统计算机上更快地进行，但新方法代表了一个重要的发展，是瑞典量子计算机上量子化学计算的首次演示。

“当下一代量子计算机准备就绪时，我们看到了进一步开发该方法以允许计算更大和更复杂分子的良好可能性，”Martin Rahm 说。

该研究是与微技术和纳米科学系的同事密切合作进行的。 他们建造了研究中使用的量子计算机，并帮助进行了化学计算所需的灵敏测量。

“只有使用真正的量子算法，我们才能了解我们的硬件是如何真正工作的，以及我们如何改进它。 化学计算是我们认为量子计算机将发挥作用的首批领域之一，因此我们与 Martin Rahm 小组的合作特别有价值，”微技术和纳米科学系量子技术副教授 Jonas Bylander 说。

阅读文章 参考态误差缓解：一种高精度的化学量子计算策略 在化学理论与计算杂志上。
本文由 Phalgun Lolur、Mårten Skogh、Werner Dobrautz、Christopher Warren、Janka Biznárová、Amr Osman、Giovanna Tancredi、Göran Wendin、Jonas Bylander 和 Martin Rahm 撰写。 研究人员活跃在查尔姆斯理工大学。

该研究是与 瓦伦堡量子技术中心 (WACQT) 和欧盟项目 OpensuperQ。 OpensuperQ 将 10 个欧洲国家的大学和公司联系起来，旨在构建量子计算机，其扩展将为查默斯的研究人员提供更多资金，以用于量子化学计算方面的工作。

*Särimner 是具有五个量子位或量子位的量子处理器的名称，由 Chalmers 在瓦伦堡量子技术中心 (WACQT) 的框架内构建。 它的名字是从北欧神话中借用的，其中猪Särimner每天被屠宰和吃掉，然后复活。
Särimner 现在已被一台具有 25 个量子位的更大计算机所取代，而 WACQT 的目标是构建一个具有 100 个量子位的量子计算机，它可以解决远远超出当今最好的传统超级计算机能力的问题。

• SEO 支持的内容和 PR 分发。 今天得到放大。
• 柏拉图区块链。 Web3 元宇宙智能。 知识放大。 访问这里。
• 与 Adryenn Ashley 一起铸造未来。 访问这里。
• Sumber: https://insidehpc.com/2023/04/swedish-researchers-use-error-mitigation-technique-to-apply-quantum-computing-to-chemistry/