ลอสอะลามอสและ QC Ware จำลองเหล็กออกไซด์ด้วยการทำเมทริกซ์ทแยงมุมแบบอิงตัวอย่างบนฮาร์ดแวร์ IBM
พรีปรินต์ของ LANL และ QC Ware หาสถานะพื้นของแบบจำลอง FeO และ Fe2O2 ด้วยการทำเมทริกซ์ทแยงมุมเชิงควอนตัมแบบอิงตัวอย่างบน ibm_miami ในกรณีที่ VQE เพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ
หน้านี้แปลจากภาษาอังกฤษ โดยชื่อบริษัท ชื่อผลิตภัณฑ์ และลิงก์แหล่งข้อมูลยังคงเดิม อ่านต้นฉบับภาษาอังกฤษ
นักวิจัยจาก Los Alamos National Laboratory และบริษัทซอฟต์แวร์ควอนตัม QC Ware แสดงให้เห็นว่าวิธีไฮบริดควอนตัม-คลาสสิกรับมือกับแบบจำลองขนาดเล็กของเหล็กออกไซด์ได้อย่างไร ซึ่งเป็นวัสดุกลุ่มที่จำลองด้วยวิธีดั้งเดิมได้ยาก ในพรีปรินต์ Towards Quantum Computation of Bulk FeO ที่เผยแพร่เมื่อวันที่ 26 ตุลาคม ผู้เขียนหกคนศึกษาโมเลกุล FeO และไดเมอร์รูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน Fe₂O₂ ด้วยการทำเมทริกซ์ทแยงมุมแบบแม่นตรงเชิงคลาสสิก, Variational Quantum Eigensolver (VQE) และการทำเมทริกซ์ทแยงมุมเชิงควอนตัมแบบอิงตัวอย่าง (Sample-based Quantum Diagonalization, SQD)
สิ่งที่ประกาศ
ผู้เขียนบทความประกอบด้วยนักวิจัยจากลอสอะลามอสห้าคนและจาก QC Ware หนึ่งคน ตามบทคัดย่อ VQE เพียงอย่างเดียวไม่สามารถให้ความแม่นยำระดับเคมีสำหรับสถานะพื้นของโมเลกุลทั้งสองได้ ในทางกลับกัน SQD ที่ใช้ "เปลือกการเชื่อมต่อ" สองชั้นให้พลังงานสถานะพื้นที่แม่นตรงของทั้งสองโมเลกุล โดยใช้ทรัพยากรการคำนวณเชิงควอนตัมที่ผู้เขียนระบุว่าน้อยอย่างน่าประหลาดใจ วิธีนี้สร้างซ้ำสถานะพื้นแบบควินเท็ต (quintet) ของ FeO ที่ทราบจากการทดลอง และพบสถานะพื้นแบบโนเน็ต (nonet) ของ Fe₂O₂
รายละเอียดทางเทคนิค
Quantum Computing Report อธิบายขั้นตอนการทำงาน ทีมสร้างแฮมิลโทเนียนแบบไทต์ไบน์ดิง d–p หลายออร์บิทัลจากฟังก์ชัน Wannier เฉพาะที่ซึ่งได้จากการคำนวณทฤษฎีฟังก์ชันนัลความหนาแน่น (DFT) วงจรใช้แอนแซตซ์ Local Unitary Cluster Jastrow (LUCJ) ชั้นเดียวที่เชื่อมต่อเฉพาะเพื่อนบ้านใกล้สุด จึงเลี่ยงภาระของเกต SWAP แบบไม่เฉพาะที่ได้ เพื่อหลีกเลี่ยง "ที่ราบแห้งแล้ง" (barren plateaus) พารามิเตอร์ของวงจรถูกปรับให้เหมาะสมในการจำลองเชิงคลาสสิก แล้วจึงใช้โปรเซสเซอร์ควอนตัมเพียงเพื่อสุ่มตัวอย่างโครงแบบอิเล็กตรอนเท่านั้น
การทดลองรันบนระบบ ibm_miami ของ IBM Quantum ตามข้อมูลของ QCR FeO ถูกจำลองด้วยอิเล็กตรอน 12 ตัวใน 16 สปิน-ออร์บิทัล (16 คิวบิต) โดยรันหกอินสแตนซ์คู่ขนานรวม 96 คิวบิต ส่วน Fe₂O₂ ใช้อิเล็กตรอน 24 ตัวใน 32 สปิน-ออร์บิทัล (32 คิวบิต) โดยรันสามอินสแตนซ์คู่ขนาน บิตสตริงที่ได้ถูกกรองตามจำนวนอนุภาคที่ถูกต้อง ขยายผ่านสมาชิกที่ไม่เป็นศูนย์ของแฮมิลโทเนียน แล้วนำปัญหาที่เล็กลงไปทำเมทริกซ์ทแยงมุมเชิงคลาสสิก
ตามข้อมูลของ QCR VQE แบบดิบมีความคลาดเคลื่อนคงค้างราว 173 meV สำหรับ FeO ซึ่งสูงกว่าเกณฑ์ความแม่นยำระดับเคมีที่ 43 meV เมื่อใช้เปลือกการเชื่อมต่อสองชั้น SQD ได้สถานะควินเท็ตของ FeO ที่สังเกตได้จากการทดลองในปริภูมิย่อยแบบบีบอัดที่มีดีเทอร์มิแนนต์ 184 ตัว และให้พลังงานกระตุ้นราว 2167 cm⁻¹
ทำไมจึงสำคัญ
FeO แบบก้อนเป็นตัวอย่างตามตำราของวัสดุที่มีสหสัมพันธ์สูง QCR ระบุว่าทฤษฎีฟังก์ชันนัลความหนาแน่นมาตรฐานทำนายผิดว่าเป็นโลหะ ทั้งที่จริงเป็นฉนวน บทคัดย่อเน้นว่าวัสดุที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบมีความสำคัญต่อธรณีวิทยาและฟิสิกส์ดาราศาสตร์ และขึ้นชื่อว่าคำนวณเชิงคลาสสิกได้ยาก งานนี้ยังสอดคล้องกับแนวโน้มที่กว้างขึ้น คือการใช้โปรเซสเซอร์ที่มีสัญญาณรบกวนในปัจจุบันเป็นตัวสร้างตัวอย่างภายในไปป์ไลน์ที่ส่วนใหญ่เป็นแบบคลาสสิก แทนที่จะให้ทำการคำนวณทั้งหมด
สิ่งที่ต้องจับตา
งานนี้เป็นพรีปรินต์และยังไม่ผ่านการประเมินโดยผู้ทรงคุณวุฒิ โมเลกุลที่ศึกษาเป็นเพียงตัวแทนขนาดเล็กของเป้าหมายจริง ตามข้อมูลของ QCR ผู้เขียนวางแนวทางไปสู่ FeO แบบก้อนที่เป็นคาบ โดยกระจายการคำนวณ SQD ไปยังจุดต่าง ๆ ในปริภูมิโมเมนตัมของผลึก ซึ่งจะเป็นบททดสอบที่แท้จริงว่าแนวทางนี้ขยายไปสู่ของแข็งได้หรือไม่
แหล่งข้อมูล
ข้อเท็จจริงในหน้านี้มาจากแหล่งข้อมูลด้านล่าง ซึ่ง DesignQuantum ได้รวบรวมไว้