لس‌آلاموس و QC Ware اکسیدهای آهن را با قطری‌سازی مبتنی بر نمونه روی سخت‌افزار IBM مدل‌سازی کردند
پیش‌انتشار LANL و QC Ware حالت‌های پایهٔ مدل‌های FeO و Fe2O2 را با قطری‌سازی کوانتومی مبتنی بر نمونه روی ibm_miami به دست می‌آورد، جایی که VQE به‌تنهایی کافی نبود.
این صفحه از انگلیسی ترجمه شده است. نام شرکت‌ها، محصولات و پیوندهای منابع بدون تغییر باقی مانده‌اند. خواندن نسخه اصلی انگلیسی
پژوهشگران Los Alamos National Laboratory و شرکت نرم‌افزار کوانتومی QC Ware نشان داده‌اند که یک روش ترکیبی کوانتومی-کلاسیک چگونه از پس مدل‌های کوچک اکسیدهای آهن برمی‌آید؛ رده‌ای از مواد که مدل‌سازی‌شان با شبیه‌سازی متعارف دشوار است. در پیش‌انتشار Towards Quantum Computation of Bulk FeO که ۲۶ اکتبر منتشر شد، شش نویسنده مولکول FeO و دیمر لوزی‌شکل Fe₂O₂ را با قطری‌سازی دقیق کلاسیک، Variational Quantum Eigensolver (VQE) و قطری‌سازی کوانتومی مبتنی بر نمونه (Sample-based Quantum Diagonalization، SQD) بررسی می‌کنند.
چه چیزی اعلام شد
نویسندگان مقاله پنج پژوهشگر از لس‌آلاموس و یک پژوهشگر از QC Ware هستند. به گفتهٔ چکیده، VQE به‌تنهایی برای حالت پایهٔ هیچ‌یک از دو مولکول به دقت شیمیایی نرسید. در مقابل، SQD با دو «پوستهٔ اتصال» انرژی دقیق حالت پایهٔ هر دو را به دست آورد، آن هم با منابع محاسبات کوانتومی‌ای که به گفتهٔ نویسندگان به‌طرز شگفت‌آوری اندک بود. این روش حالت پایهٔ پنجتایی (quintet) شناخته‌شده از آزمایش را برای FeO بازتولید کرد و برای Fe₂O₂ حالت پایهٔ نُه‌تایی (nonet) یافت.
جزئیات فنی
Quantum Computing Report روند کار را شرح می‌دهد. تیم هامیلتونی‌های تنگ‌بست d–p چنداوربیتالی را از توابع Wannier جایگزیده‌ای ساخت که از محاسبات نظریهٔ تابعی چگالی (DFT) به دست آمده بودند. مدارها از یک آنزاتس تک‌لایهٔ Local Unitary Cluster Jastrow (LUCJ) با اتصال فقط میان نزدیک‌ترین همسایه‌ها استفاده کردند و بدین ترتیب از سربار گیت‌های SWAP غیرمحلی پرهیز شد. برای دوری از «فلات‌های بی‌حاصل» (barren plateaus)، پارامترهای مدار در شبیه‌سازی کلاسیک بهینه شدند و پردازندهٔ کوانتومی سپس فقط برای نمونه‌برداری از پیکربندی‌های الکترونی به کار رفت.
آزمایش‌ها روی سامانهٔ ibm_miami از IBM Quantum اجرا شدند. به گفتهٔ QCR، FeO با ۱۲ الکترون در ۱۶ اوربیتال اسپینی (۱۶ کیوبیت) و شش نمونهٔ موازی که ۹۶ کیوبیت را در بر می‌گرفتند مدل شد، و Fe₂O₂ با ۲۴ الکترون در ۳۲ اوربیتال اسپینی (۳۲ کیوبیت) و سه نمونهٔ موازی. رشته‌بیت‌های حاصل بر اساس تعداد درست ذرات پالایش شدند، از طریق عناصر غیرصفر هامیلتونی گسترش یافتند و مسئلهٔ کوچک‌تر حاصل به‌صورت کلاسیک قطری شد.
به گفتهٔ QCR، VQE خام برای FeO خطای پایداری حدود ۱۷۳ میلی‌الکترون‌ولت بر جا گذاشت که از آستانهٔ دقت شیمیایی ۴۳ میلی‌الکترون‌ولت بالاتر است. SQD با دو پوستهٔ اتصال، حالت پنجتایی مشاهده‌شده در آزمایش را برای FeO در یک زیرفضای فشرده با ۱۸۴ دترمینان به دست آورد و انرژی برانگیختگی حدود ۲۱۶۷ cm⁻¹ داد.
چرا اهمیت دارد
FeO توده‌ای نمونهٔ درسی مواد با همبستگی قوی است: QCR یادآوری می‌کند که نظریهٔ تابعی چگالی استاندارد به‌اشتباه آن را فلز پیش‌بینی می‌کند، در حالی که در واقع عایق است. چکیده تأکید می‌کند که مواد مبتنی بر آهن برای زمین‌شناسی و اخترفیزیک اهمیت دارند و به دشواری در محاسبات کلاسیک شهره‌اند. این کار با روندی گسترده‌تر نیز همسوست: استفاده از پردازنده‌های پرنوفهٔ امروزی به‌عنوان مولد نمونه درون خط لوله‌ای که عمدتاً کلاسیک است، به‌جای سپردن کل محاسبه به آن‌ها.
آنچه باید زیر نظر داشت
این کار یک پیش‌انتشار است و داوری همتا نشده است. مولکول‌های بررسی‌شده تنها جایگزین‌های کوچکی برای هدف واقعی‌اند. به گفتهٔ QCR، نویسندگان مسیری به سوی FeO توده‌ای تناوبی ترسیم می‌کنند که در آن محاسبات SQD میان نقاط فضای تکانهٔ بلور توزیع می‌شود؛ آزمون واقعی اینکه آیا این رویکرد به جامدات گسترش‌پذیر است، همین خواهد بود.
منابع
اطلاعات این صفحه از منابع زیر گرفته شده و توسط DesignQuantum گردآوری شده است.