לוס אלמוס ו-QC Ware ממדלות תחמוצות ברזל באמצעות לכסון מבוסס דגימות על חומרת IBM
טיוטת מאמר של LANL ו-QC Ware משחזרת את מצבי היסוד של מודלי FeO ו-Fe2O2 בלכסון קוונטי מבוסס דגימות על ibm_miami, במקום שבו VQE לבדו לא הספיק.
עמוד זה תורגם מאנגלית. שמות החברות והמוצרים וקישורי המקור נותרו ללא שינוי. לקריאת המקור באנגלית
חוקרים ב-Los Alamos National Laboratory ובחברת התוכנה הקוונטית QC Ware הראו כיצד שיטה היברידית קוונטית-קלאסית מתמודדת עם מודלים קטנים של תחמוצות ברזל, סוג חומרים שקשה למדל בסימולציה מקובלת. בטיוטת המאמר Towards Quantum Computation of Bulk FeO שפורסמה ב-26 באוקטובר, שישה מחברים חוקרים את מולקולת FeO ואת הדימר המעוין Fe₂O₂ בעזרת לכסון מדויק קלאסי, Variational Quantum Eigensolver (VQE) ולכסון קוונטי מבוסס דגימות (Sample-based Quantum Diagonalization, SQD).
מה הוכרז
בין מחברי המאמר חמישה חוקרים מלוס אלמוס וחוקר אחד מ-QC Ware. לפי התקציר, VQE לבדו לא השיג דיוק כימי עבור מצב היסוד של אף אחת משתי המולקולות. לעומת זאת, SQD עם שתי "קליפות קישוריות" שחזר את אנרגיית מצב היסוד המדויקת של שתיהן, במשאבי חישוב קוונטי שלדברי המחברים היו מועטים להפליא. השיטה שחזרה את מצב היסוד החמישייתי (quintet) של FeO הידוע מניסויים, ומצאה עבור Fe₂O₂ מצב יסוד תשיעייתי (nonet).
פרטים טכניים
Quantum Computing Report מתאר את תהליך העבודה. הצוות בנה המילטוניאנים של קשירה הדוקה d–p מרובי אורביטלים מתוך פונקציות Wannier ממוקמות שהתקבלו מחישובי תורת פונקציונל הצפיפות (DFT). המעגלים השתמשו באנזץ Local Unitary Cluster Jastrow (LUCJ) בשכבה אחת עם קישוריות לשכנים הקרובים בלבד, וכך נמנעה התקורה של שערי SWAP לא-מקומיים. כדי לעקוף "רמות עקרות" (barren plateaus), פרמטרי המעגל עברו אופטימיזציה בסימולציה קלאסית, והמעבד הקוונטי שימש לאחר מכן רק לדגימת תצורות אלקטרוניות.
הניסויים רצו על מערכת ibm_miami של IBM Quantum. לפי QCR, FeO מודל עם 12 אלקטרונים ב-16 אורביטלי ספין (16 קיוביטים) ושישה מופעים מקבילים שהשתרעו על 96 קיוביטים, ו-Fe₂O₂ עם 24 אלקטרונים ב-32 אורביטלי ספין (32 קיוביטים) ושלושה מופעים מקבילים. מחרוזות הביטים שהתקבלו סוננו לפי מספר החלקיקים הנכון, הורחבו דרך האיברים השונים מאפס של ההמילטוניאן, והבעיה הקטנה שנוצרה לוכסנה באופן קלאסי.
לפי QCR, VQE גולמי השאיר עבור FeO שגיאה מתמשכת של כ-173 meV, מעל סף הדיוק הכימי של 43 meV. עם שתי קליפות קישוריות, SQD השיג את מצב החמישייה של FeO שנצפה בניסויים בתת-מרחב דחוס של 184 דטרמיננטות, והניב אנרגיית עירור של כ-2167 cm⁻¹.
למה זה חשוב
FeO במצב מוצק הוא דוגמה קלאסית לחומר בעל מתאם חזק: QCR מציין שתורת פונקציונל הצפיפות הסטנדרטית חוזה בטעות שהוא מתכת, אף שלמעשה הוא מבודד. התקציר מדגיש שחומרים מבוססי ברזל חשובים לגאולוגיה ולאסטרופיזיקה וידועים כקשים לחישוב קלאסי. העבודה משתלבת גם במגמה רחבה יותר: שימוש במעבדים הרועשים של היום כמחוללי דגימות בתוך צנרת קלאסית ברובה, במקום להטיל עליהם את החישוב כולו.
למה לשים לב
העבודה היא טיוטת מאמר ולא עברה ביקורת עמיתים. המולקולות שנחקרו הן רק תחליפים קטנים ליעד האמיתי. לפי QCR, המחברים משרטטים דרך אל FeO מוצק מחזורי על ידי חלוקת חישובי ה-SQD בין נקודות במרחב התנע של הגביש; זה יהיה המבחן האמיתי לשאלה אם הגישה ניתנת להרחבה למוצקים.
מקורות
המידע בעמוד זה מבוסס על המקורות שלהלן, שאוחזרו על ידי DesignQuantum.