Моделирование квантовой химии на квантовом компьютере
В новом отчете, опубликованном на обложке журнала Science Advances, Ханс Хон Санг Чан и исследовательская группа в области материалов, химии и квантовой фотоники из Оксфордского университета создали точно эмулированные квантовые компьютеры с 36 кубитами для изучения ресурсов, экономичные алгоритмы и моделируют двух- и трехмерные атомы с одиночными и парными частицами. Химическое моделирование является естественным атрибутом квантовых компьютеров, хотя существующие методы непрактичны для разработки почти идеальных кубитов. В этой работе квантовые химики исследовали ряд задач от подготовки основного состояния и оценки энергии до динамики рассеяния и ионизации электронов, чтобы оценить различные методы расщепленного оперативного моделирования, чтобы эмулировать квантовую химию нескольких молекул интерес. Метод на основе сетки показал исключительные результаты, уступив место менее подверженной ошибкам эре квантовых вычислений.
Квантовые химики считают, что квантовые компьютеры станут преобразующими инструментами для предсказания и исследования химии. В то время как обычные компьютеры полезны для изучения квантовой молекулярной динамики для прогнозирования результатов реакций и наблюдаемых экспериментальных данных, затраты на оборудование и продолжительность могут экспоненциально увеличиваться с количеством моделируемых частиц. В этой работе Чан и его коллеги изучили основные характеристики ускорения моделирования химической динамики на ранних версиях квантовых компьютеров, основанных на сетке реального пространства. Эти ранние версии квантовых компьютеров имели ограниченное количество кубитов с исправлением ошибок. Команда закодировала такие функции, как симметрия частиц, чтобы предложить оптимальное масштабирование ресурсов для сложных и интересных молекул во время исследования.
Большинство квантовых компьютеров перегружены шумом и стоят дорого. Поэтому исследователи выбрали другой подход, задействовав классические вычислительные ресурсы для эмуляции небольших, но бесшумных квантовых компьютеров, чтобы тем самым смоделировать внутри них квантовую молекулярную динамику — для непосредственного изучения затрат и показателей производительности. Хотя они не переделывали ранее существовавшие методы классической сетки для выполнения моделирования на основе сетки, вместо этого они провели эмуляцию реальных бесшумных квантовых машин для химически значимой квантовой динамики.
Затраты на мимикрию ограничили квантовые компьютерные эмуляции версиями скромного размера, содержащими 36 совершенных кубитов. Команда использовала экспериментальную установку для изучения нескольких информативных сценариев для 2D- и 3D-моделирования одно- и двухэлектронных систем. Они выбрали две ключевые области химии и оценили необходимые квантовые ресурсы для моделирования динамики сильных внешних полей с последующим моделированием динамики рассеяния частиц.
Во время первого эксперимента команда внезапно применила внешнее поле, что привело к дипольным колебаниям и ионизации одного связанного электрона. Они предполагают усилия в этом направлении, чтобы охватить такие темы, как фотохимия и лазерное возбуждение. Физики и квантовые химики считают когерентную квантовую регуляцию малых молекул одним из «Святых Граалей» химической науки. Например, этот процесс может позволить ученым изучать аммиак в контексте удаления атомов водорода, чтобы изучить его потенциал в современном сельском хозяйстве. Во втором сценарии команда исследовала рассеяние электронов на молекулах, имеющее отношение к спектроскопии, астрохимии и производственным процессам, поскольку процессы столкновения и рассеяния очень динамичны и сложны для классического моделирования.
Ученые использовали подход к моделированию Гамильтона с помощью квантового преобразования Фурье с разделенным оператором (SO-QFT) для выполнения операций с волновыми пакетами и представили ряд результатов, которые применялись к сеточному методу для 2-3D-систем с использованием одиночных и парных частиц. Основываясь на результатах, они оценили квантовые ресурсы, необходимые для моделирования, чтобы представить подходящую архитектуру квантового оборудования.
Численные результаты привели к эмуляции квантовых процессоров путем их реализации с помощью инструментов с открытым исходным кодом, таких как QuEST, QuEST-link и pyQuEST. Они исследовали количество кубитов и оценили продолжительность выполнения для достижения моделирования с заданной точностью, а также изучили сценарий метода на основе выборки для оценки энергии системы, который оказался очень чувствительным к несовершенствам. Они оценили сопутствующие затраты на квантовые ресурсы и указали аппаратную компоновку подходящего квантового компьютера.
Исследовательская группа изучила измерения итеративной фазовой оценки (IPE) с одной вспомогательной функцией, чтобы спроецировать возбужденные состояния. Схемы IPE интересны и важны для практических квантовых вычислений в краткосрочной перспективе. Результаты использовались для оценки энергии, и команда использовала альтернативные подходы для подготовки основных состояний реального космоса на квантовом компьютере на основе вероятностной эволюции мнимого времени (PITE) и моделировала основное состояние двумерного водорода, подробно описывая недостатки метода. Они выполнили два сценария моделирования квантовой динамики, которые основывались на двух сценариях: 1) ионизация сильным внешним полем и 2) зависимость от электрон-электронного рассеяния.
Затем команда представила расширенный оператор расщепления (ASO) для оптимизации точности моделирования путем предоставления дополнительных элементов базовому циклу SO-QFT (квантовое преобразование Фурье с оператором разделения). При работе со строгими кулоновскими взаимодействиями, общими для всех численных исследований, как показано в этой статье, метод ASO был очень уместным. Используя установку, они смоделировали динамику атома гелия в 3D. Они использовали уравнение Шредингера для аппроксимации истинных собственных состояний электрона атома гелия и коэффициент Бхаттачарьи для представления электрон-электронных взаимодействий и временной эволюции моделирования атома гелия.
Квантовые химики изучили требования к ресурсам для проведения квантового моделирования за пределами досягаемости классических алгоритмов и согласовали квантовые архитектуры, подходящие для таких выражений. Они оценили количество кубитов, необходимых для моделирования интересующих квантовых сценариев для молекул гексафторэтана (C2F6) и аммиака (NH3). Для моделирования C2F6 на основе сетки требовалось около 2250 вычислительных кубитов, в то время как для молекул аммиака требовалось менее 450 кубитов.
Затраты времени на моделирование также зависели от аппаратной реализации. В результате наиболее хорошо понятные коды требовали многих сотен физических кубитов на логический кубит по отношению к глубоким алгоритмам и коэффициентам ошибок, сравнимым с лучшими современными прототипами квантовых компьютеров. Исследователи также разработали многоядерную сетевую архитектуру для поддержки теоретических крупномасштабных кубитов.
Таким образом, Ханс Хон Санг Чан и его коллеги исследовали подход квантового преобразования Фурье с расщепленным оператором (SO-QFT) для имитации точных кубитов и тестирования технологий, лежащих в основе моделирования квантовой химии в реальном пространстве. Они исследовали несколько известных квантовых методов и представили несколько других, чтобы передать ключевые аспекты квантового моделирования. Ученые охарактеризовали ресурсы, лежащие в основе реализации цифровых экспериментов на ранних отказоустойчивых квантовых компьютерах. Результатом может быть цикл обучения/прогнозирования путем дополнения физических экспериментов машинным обучением для ускорения химических открытий. Результаты могут привести к различным областям квантовых технологий, включая специальную теорию относительности для моделирования частиц высокой энергии, а также сыграть роль в финансовой инженерии.
Источник
Последние аномальные новости

Подборка статей из газет и журналов

Анизотропная структура внутреннего ядра Земли

Исследование 'пространства де Ситтера'

Курс, посвященный НЛО, предлагается ученикам из США

Лекция о НЛО после фильма 'Близкие контакты третьей степени'

Могут ли инопланетяне исследовать нас

Мужчина покончил с собой после общения с ИИ

Наблюдения НЛО в сельской общине Японии

Наблюдения НЛО в штате Мичиган

НЛО в Канаде. Секреты и теории заговора

По следам Янтарной комнаты

Последнее наблюдение НЛО в Вайоминге разочаровывает

Предсказание Григория Распутина о конце света

Предсказание Нострадамуса о будущем России

Предсказания Ванги на 2023 год

Раскрыта тайна лучшего в истории фото НЛО

Руководство по гербологии в мире магглов

Скоро голограммы будет не отличить от реальных обьектов

Технологии могут поработить людей

Труп инопланетянина нашли в Боливии

Финансирование исследований НЛО будет увеличено

Неисправности рулевого управления техники

Воздушный шар перехвачен над Техасом

Гибриды людей и пришельцев бродят по нашей планете

Гражданская война с ИИ в Силиконовой долине

Загадочная 'Каменная лодка' Алес Стенар

Загадочный гамма-всплеск GRB 221009A

Известный блогер увлекся НЛО

ИИ GPT-5 станет неотличимым от человека

Код да Винчи. Обман принес $100 миллионов

Кольца Сатурна нагревают его атмосферу

Летающий железный город, сокрушенный Кришной

Необычный случай полтергейста в Чили

НЛО завис над хранилищем ядерного оружия на Гуаме

Обнаружен самый плоский взрыв из когда-либо виденных в космосе

Огромный зверь появляется из вод озера Лох-Несс

Развитие систем типа ChatGPT может усугубить мировой энергокризис

Разработан материал, поглощающий 95% ЭМ-излучения радаров

Секретные материалы получат перезагрузку

Эволюция атмосферы красной планеты

Экстраординарные доказательства требуют экстраординарного финансирования

Этичность и безопасность ИИ ушла на задний план

Гамма-всплеск ставит под сомнение модели рождения черных дыр

Дизайнер выпускает сумку, сделанную из метеорита

Загадочные черные кольца заметили в московском регионе

Запечатлели обратное движение молнии

ИИ ChatGPT неумеет собирать компьютеры

Исследования климата экзопланет

Как искать экзопланеты из тёмной материи

Материнские корабли со звезд

Место чиновников займет искусственный интеллект

Мысли печально известного контактера Джорджа Адамски

На Венере всего лишь 85 000 вулканов

Новый взгляд на космическую эволюцию аминокислот

Обнаружена экзопланета с плотностью больше, чем у свинца

Попытка поймать темную материю в подвале

Распечатайте батареи на 3D-принтере на Луне или Марсе

Сериал 'Последние из нас' воплотился в реальности

Список случаев с НЛО зарегистрированных в Пентагоне

Странное исчезновение и смерть Джеймса Фоссета

Школы астрологов и тарологов набирают популярность

Эксперты призывают приостановить исследования ИИ

Почему ПВХ окно продувает и как решить проблему

Каких ошибок при ремонте квартиры стоит избегать

Нужна ли вентиляция в деревянном доме

Какой стеклопакет выбрать. Однокамерный или двухкамерный

Большие кошки бродят по Британии

Высшие учебные заведения осознают влияние ChatGPT

Гигантская дыра открылась на Солнце

Детали бюджета Пентагона по НЛО засекречены

Жуткие города-призраки России

Жуткие истории жителей Казахстана

Из мяса мамонта сделали фрикадельку

ИИ может предсказать, как вы проголосуете на выборах

ИИ научили имитировать стримеров и делать рекламу

Инопланетяне могут знать лекарство от рака

Как ИИ меняет то, как мы пишем и творим

Ключ к тайне жизни после смерти

Краснота астероидов Нептуна проливает свет на историю Солнечной системы

Люди достигнут бессмертия через восемь лет

Маск ищет партнёра для тестирования мозговых имплантов на людях

Нейродетектор лжи будут использовать при отборе космонавтов

Обнаружили одну из самых больших черных дыр

Самые странные существа в криптозоологии

Связали загадочный быстрый радиовсплеск с гравитационными волнами

Тайна рейса N3808H

Подборка статей из газет и журналов

Атмосферы гигантских планет сильно различаются

До 80% рабочих мест в США могут быть захвачены ИИ

Жизнь процветает в экстремальных условиях

Загадка человеческой крови, текущей из пола

ИИ может свести людей с ума

Интерес россиян к предсказаниям вырос на 74%

Исследователи нашли новый водоем на Луне

Карта воды вблизи южного полюса Луны

Коронографы Уэбба обнаруживают экзопланеты в ИК-диапазоне

Метеоролог объяснил появление НЛО над Строгино

Могла ли наша ДНК измениться тысячи лет назад

Молекулы в форме шара встречаются во Вселенной

Паранормальная апатия

Пентагон отказался публиковать данные о сбитых НЛО

Поиск пропавшего гравитационного сигнала

РАН запустила программу по изучению НЛО

Симулятор смерти покажет, что происходит, когда вы умираете

У TRAPPIST-1 b нет существенной атмосферы

Что говорил Нил Мироточивый о последних годах человечества

Что ожидает Украину в будущем

Подборка статей из газет и журналов

Британский регион стал горячей точкой наблюдений НЛО

Ветераны ВВС информируют Пентагон о НЛО

Два метеорита позволяют изучить космическое пространство

Дом дьявола или база НЛО

Дочь уфолога считает его больным

Как простая прачка стала легендой

Конспирологи сходят с ума по поводу оповещения об Армагеддоне

Может ли наука объяснить наблюдения НЛО

НЛО заметили в небе Краснодара

Пара заметила НЛО над Эдинбургом

Признаки жизни нужно искать в космической пыли

Призрак вышел на охоту

Пять легендарных наблюдений НЛО в США

Стэнли Кубрик и иллюминаты

Судебное дело, доказывающее, что призраки реальны

Тайна шестидюймового скелета с конической головой

Ученые предлагают не инопланетное объяснение Оумуамуа

Чудовище озера Тота

Шестое чувство - самый реалистичный фильм о привидениях

Шотландский Розуэлл очаровывал в течение 30 лет

Получите новую подтвержденную учетную запись Telegram прямо сейчас в магазине аккаунтов Telegram – TG-Reload

Как создать успешный бизнес с нуля.Советы и рекомендации

Оксигенотерапия домашних животных. Показания, особенности

Подборка статей из газет и журналов

Бигфуты замечены в северной части штата Нью-Йорк

Известный подкастер запускает расследование НЛО

ИИ захватит власть и спровоцирует Армагеддон

Инопланетяне крадут человеческую сперму и яйцеклетки

Космическое происхождение строительных блоков жизни

Манчестер известен наибольшим количеством наблюдений НЛО

На биоразнообразие на Земле влияли вспышки сверхновых

На фото Кальвина показан сверхсекретный самолет США

Начинается строительство уфо-курорта в Розуэлле

Новые виды грибов поставят под угрозу выживание человечества

Объект, похожий на НЛО, сняли над Остином

Основание РНК в образцах астероидов - источник жизни на Земле

Почему Оумуамуа - не инопланетный крейсер

Президент США Джимми Картер видел НЛО в Джорджии

Реальность не существует, пока вы на нее не смотрите

Седона - горячая точка наблюдений НЛО

Таинственные дыры обнаружили на дне Атлантического океана

Тайна древних каменных колонн Сицилии

Ужасы туннеля Хусак

Японская гора, которая является магнитом для НЛО

Британский ученый хочет отправить ИИ-мозг в червоточину

Видео Марса с высоты птичьего полета

Дискообразный объект перевозили в районе Зоны 51

Загадочные светящиеся шары висели над Мурманской областью

Земля никогда не будет похожа на Корусант

Легендарное видео с бигфутом показали в улучшенном качестве

НЛО - международная научная проблема

Новое исследование цунами в облаках Венеры

Обнаружили горящий гелием белый карлик

Офис будущего. Голосекретари, роботы и дроны

Охота на фотографа, который сделал лучший снимок НЛО

Первые звезды были не одиноки

Первый в мире космический отель откроется в 2027 году

Повторяющиеся вспышки от молодого звездного объекта

Подледные океаны существуют на Миранде и Ариэле

Политики США обеспокоены проблемой НЛО

Силиконовая долина исследует гиперпространство

Улучшение удаленной работы планетарных наземных роботов

Что такое НЛО

Экспериментальный метод исследования сверхлегкой темной материи

Баги в ChatGPT продолжают всплывать

Близится парад планет

Встреча фей с солдатами в чеченском лесу

Жителя Мэриленда похитили пришельцы с щупальцами

Загадочные изображения двуликих существ найдены в Перу

Загадочные объекты, над которыми до сих пор ломают голову

Загадочный шары сняли над Арбеково

Зонд инопланетян упал в южную частью Тихого океана

ИИ ChatGPT создает проблемы в научных кругах

ИИ ChatGPT такой же революционный, как мобильные телефоны

Материнский корабль инопланетян скрывается в Солнечной системе

Медики научились выбирать пол будущего ребенка

Мультивселенная. Проблемы, стоящие перед теорией

Объяснение необычных сигнатур спутников Юпитера и Сатурна

Подписка на новости
Наверх
Яндекс.Метрика