Los Alamos và QC Ware mô phỏng oxit sắt bằng chéo hóa dựa trên mẫu trên phần cứng IBM
Bản tiền ấn phẩm của LANL và QC Ware tìm ra trạng thái cơ bản của các mô hình FeO và Fe2O2 bằng chéo hóa lượng tử dựa trên mẫu trên ibm_miami, khi riêng VQE không đủ.
Trang này được dịch từ tiếng Anh. Tên công ty, sản phẩm và liên kết nguồn được giữ nguyên. Đọc bản gốc tiếng Anh
Các nhà nghiên cứu tại Los Alamos National Laboratory và công ty phần mềm lượng tử QC Ware đã cho thấy một phương pháp lai lượng tử-cổ điển xử lý các mô hình nhỏ của oxit sắt — loại vật liệu khó mô phỏng bằng phương pháp truyền thống — như thế nào. Trong bản tiền ấn phẩm Towards Quantum Computation of Bulk FeO công bố ngày 26/10, sáu tác giả nghiên cứu phân tử FeO và dimer hình thoi Fe₂O₂ bằng chéo hóa chính xác cổ điển, Variational Quantum Eigensolver (VQE) và chéo hóa lượng tử dựa trên mẫu (Sample-based Quantum Diagonalization, SQD).
Nội dung công bố
Nhóm tác giả gồm năm nhà nghiên cứu Los Alamos và một người của QC Ware. Theo phần tóm tắt, riêng VQE không đạt độ chính xác hóa học cho trạng thái cơ bản của cả hai phân tử. Ngược lại, SQD với hai "lớp kết nối" đã thu được năng lượng trạng thái cơ bản chính xác cho cả hai, với lượng tài nguyên tính toán lượng tử mà các tác giả cho là ít đến bất ngờ. Phương pháp tái hiện trạng thái cơ bản ngũ tuyến (quintet) đã biết từ thực nghiệm của FeO và tìm ra trạng thái cơ bản cửu tuyến (nonet) của Fe₂O₂.
Chi tiết kỹ thuật
Quantum Computing Report mô tả quy trình. Nhóm xây dựng các Hamiltonian liên kết chặt d–p đa quỹ đạo từ các hàm Wannier định xứ thu được qua tính toán lý thuyết phiếm hàm mật độ. Các mạch dùng ansatz Local Unitary Cluster Jastrow (LUCJ) một lớp với kết nối lân cận gần nhất, nhờ đó tránh chi phí của các cổng SWAP phi định xứ. Để tránh "cao nguyên cằn cỗi" (barren plateaus), tham số mạch được tối ưu trong mô phỏng cổ điển, rồi bộ xử lý lượng tử chỉ được dùng để lấy mẫu các cấu hình điện tử.
Thí nghiệm chạy trên hệ thống ibm_miami của IBM Quantum. Theo QCR, FeO được mô hình hóa với 12 điện tử trong 16 spin-orbital (16 qubit) cùng sáu phiên bản song song trải trên 96 qubit, còn Fe₂O₂ với 24 điện tử trong 32 spin-orbital (32 qubit) cùng ba phiên bản song song. Các chuỗi bit thu được được lọc theo đúng số hạt, mở rộng qua các phần tử khác không của Hamiltonian, và bài toán nhỏ hơn tạo thành được chéo hóa bằng máy tính cổ điển.
Theo QCR, VQE thô để lại sai số dai dẳng khoảng 173 meV đối với FeO, cao hơn ngưỡng độ chính xác hóa học 43 meV. Với hai lớp kết nối, SQD thu được trạng thái ngũ tuyến quan sát được bằng thực nghiệm của FeO trong một không gian con nén gồm 184 định thức và cho năng lượng kích thích khoảng 2167 cm⁻¹.
Vì sao quan trọng
FeO khối là ví dụ kinh điển về vật liệu tương quan mạnh: QCR lưu ý rằng lý thuyết phiếm hàm mật độ tiêu chuẩn dự đoán sai đây là kim loại, trong khi thực tế nó là chất cách điện. Phần tóm tắt nhấn mạnh rằng vật liệu gốc sắt quan trọng đối với địa chất và vật lý thiên văn và nổi tiếng khó tính toán bằng phương pháp cổ điển. Công trình cũng phù hợp với xu hướng rộng hơn: dùng các bộ xử lý nhiễu hiện nay làm bộ sinh mẫu bên trong một quy trình phần lớn là cổ điển, thay vì giao cho chúng toàn bộ phép tính.
Điều cần theo dõi
Công trình là bản tiền ấn phẩm và chưa qua bình duyệt. Các phân tử được nghiên cứu chỉ là đại diện nhỏ cho mục tiêu thực sự. Theo QCR, các tác giả vạch ra con đường tiến tới FeO khối tuần hoàn bằng cách phân chia các phép tính SQD cho các điểm trong không gian xung lượng của tinh thể; đó sẽ là phép thử thực sự cho việc phương pháp này có mở rộng được sang chất rắn hay không.
Nguồn
Các thông tin trên trang này được tổng hợp từ các nguồn dưới đây, do DesignQuantum truy xuất.