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

Большинство наблюдений НЛО происходит на Западе США

Возможность существования жизни на Марсе в прошлом

Если бы инопланетяне раскрыли себя

Жуткие дыры в облаках над Флоридой

Запад США лучше всего подходит для обнаружения НЛО

Излучение массивных звезд формирует планетные системы

Измерили самую тяжелую пару черных дыр

ИИ раскрывает секретные дороги

ИИ распространяет фейки с угрожающей скоростью

Кому принадлежит Луна

Майли Сайрус рассказала о пугающей встрече с НЛО

Монтана и Юта идеально подходят для наблюдений НЛО

Оранжевые огни освещали побережье острова Поулис

Официальное исследование НЛО в Канаде

Охрана окружающей среды с помощью ChatGPT

Письма разведывательного управления США о НЛО

Составили карту воды в протопланетном диске

Таинственное черное кольцо замечено над Аргентиной

Уфологический ресторан в Розуэлле

Черной дыры и возникновение галактик

В британском эпицентре наблюдений НЛО

Владелец ранчо Скинуокер высказался по поводу НЛО

Где в США лучше всего наблюдать НЛО

Годовщина инцидента с мясным душем в Кентукки

Горячие точки НЛО в Шотландии

Загадочный треугольник Брод-Хейвен

Карликовые галактики реионизировали Вселенную

Карты формируют нашу жизнь, показывая нам кто мы такие

Леброн Джеймс и Барак Обама охотятся на НЛО

Лучшее место для наблюдений НЛО

Лучшие места Шотландии для наблюдения за НЛО

Необычный химический состав переменной звезды

Пилот сообщает о загадочных оранжевых огнях

Предположительно 83 года назад в Миссури видели НЛО

Представляем статуэтки пришельцев из Паскагулы

Пугающий радиосообщение пилота об НЛО

Раскрываем секреты Голливуда и теории НЛО

Сага об НЛО в Брод-Хейвен 1977 года

Сериал Симпсоны предсказали опыт Вилли Вонка

Тайна заоблачных высот Миртл-Бич

Влияние падающих спутников на климат Земли

Гигантский череп обнаружен в Антарктиде

Горячие точки НЛО в США показали на карте

Горячие точки НЛО, выявленные при анализе наблюдений НЛО

Еще одно наблюдение НЛО над Нью-Йорком

Защита астронавтов от вредной пыли на Марсе

Зонд, столкнувшийся с астероидом, изменил его форму

ИИ, нечеловеческий интеллект и колониализм

Металлический шрам обнаружен на белом карлике

Миссия LIFE может обнаружить следы жизни на экзопланетах

Могли ли тихоходки колонизировать Луну

Музыкант-уфолог написал роман о НЛО

На наблюдения НЛО влияет окружающая среда

Пилот заметил в полете НЛО

Планеты могут формироваться легче, чем считалось

Почти 100 000 наблюдений НЛО за два десятилетия

Связь окружающей среды с резким увеличением числа НЛО

Сигнал GRB 230307A был вызван слиянием нейтронных звезд

Теории заговора против вакцинации приобретают вес

Ярчайшие галактики в космической паутине

Искушающие вкусы. Сырный рай с Бри и Камамбером

Аксионные звезды расскажут, что такое темная материя

Запад США лучше всего подходит для наблюдений НЛО

ИИ-клоны людей станут поворотным моментом эволюции

Инопланетяне существуют, но мы никогда не встретимся

Капсулу с противовирусными препаратами вернули из космоса

Космическая пыль помогла зарождению жизни на Земле

Миллиардеры начали готовиться к Судному дню

Может ли ИИ помочь ученым найти инопланетян

НЛО в небе Нью-Хартфорда

НЛО заметили над Диснейлендом

НЛО играют с нашим разумом

Новые открытия в гравитационных волнах

Пилот сообщает о поразительных маневрах НЛО

Разгадка 120-летней морской тайны судна Немезида

Скептики и сторонники изменения климата

Спекуляции вокруг НЛО в Шотландии

Средиземноморский уфологический центр сообщил о НЛО

Страна монстров, где, по слухам, бродят бигфуты

Темная материя составляет более 80% всей материи

У Урана и Нептуна обнаружили новые луны

Более четкое представление о нашей галактике

Британскую Бабу Вангу считали ведьмой

В Пенсильвании были замечены НЛО

Врачи удалили 150 живых насекомых из носа пациента

Житель Австралии снял НЛО на систему видеонаблюдения

Жуткий лес недалеко от Бостона

ИИ оставит программистов без работы

Наблюдения НЛО в Джорджии

Наблюдения НЛО в ирландском небе

Наблюдения НЛО над Сицилией

Найден загадочный подземный лабиринт

НЛО замечены в небе Шотландии

НЛО сигарообразной формы сняли в зоне СВО

Обнаружили чрезвычайно красную черную дыру

Первые подробные изображения астероида

Польский монетный двор выпустил парящую монету

Предоставлено объяснение воздушным шарам над США

Странное явление на небе заметили кузбассовцы

Тайна 'Страны монстров' в Массачусетсе

Теория термоядерного синтеза на Солнце

Скрипты хайпов, для чего используются и какие бывают

Всемирный день НЛО отмечает две отдельные даты

Гигантская фигура вышла из пожара

Голливудский альянс по раскрытию информации

Изучение людьми своего генома должно быть осознанным

Инопланетяне похитили полицейского

Как бы мог выглядеть Марс Илона Маска

Лес, где регулярно замечают НЛО и бигфута

Новый способ генного редактирования растений

О встречах с НЛО сообщили более 50 лет спустя

Охотничья камера засняла жуткую фигуру

Повешенный бродяга вернулся в виде призрака

Психология великих художников. Мифы об одиночистве

Работа с ИИ требует правовых изменений

Раскрывая тайны похищения в Паскагуле

Растущая черная дыра массой в 17 миллиардов солнц

Рука призрака коснулась ребенка в кроватке

США делают новаторский поворот в дискусе об НЛО

Таинственные звери Японии. Смертоносные монстры

Чип с пластиной из алмаза для высокотехнологичного оружия

Эволюция древней Земли

Компания Чистый Лист, отзывы о chistiylist.com

Мебель-трансформер. Новые модели в 2024 году

High Yield Investment Program. Надежность и создание

Антивирус Avast продавал данных пользователей

Вода в протопланетных дисках туманности Ориона

ГМ-бананы одобрили к употреблению

Жители Нефтеюганска увидели световые столбы

Загадочные океаны гикеанских миров

Инопланетяне существуют, но мы их не встретим

Как миссионер бросил вызов папуасским колдунам

Мужчина съел 1176 таблеток ибупрофена за месяц

Научились воровать отпечатки пальцев по звукам свайпов

Национальный архив запускает базу данных НЛО

Опасность слишком большого внимания к тестам IQ

Природный феномен красный лёд у станции Восток

Психокинез юной Иоасии Гаевской

Пугающее фото над башнями-близнецами до событий 9-11

Рейтинг убежищ Великобритании от зомби-апокалипсиса

Роботы копируют голоса епископов для обмана монахинь

Сын Перси Фосетта видел маленьких человечков

Учительница заметила НЛО в форме яйца

Человека-тень заглянул в школу

Электронная музыка изменила состояние сознания

Partners Special Capital Limited - отзывы трейдеров 2024

Full stack разработчик. Ключевые навыки и рекомендации

Большой брат следит за нами из космоса

Влияние темной материи на эволюцию галактик

Военные США, озадачены неопознанным воздушным шаром

Женщина сняла возле дома большую кошку

ИИ Google Gemini AI вышел из под контроля

Как мы могли бы шпионить за внеземными сетями связи

Капсула, которая доставит космических туристов

Ключ к разгадке природы темной энергии

Нейтронная звезда на месте сверхновой SN 1987A

Первые роботы для массового рынка

Поиски пригодных для жизни Татуинов

Пополнение подземных вод в водоносном горизонте Марса

Сила и удовольствие от теорий заговора

Три года спустя поиски жизни на Марсе продолжаются

Ужасающие встречи с инопланетянами

Физика Солнца и поиск жизни за пределами Земли

Хакеры могут использовать ИИ для копирования голоса

Хиросима и первые конденсаты Солнечной системы

Черная пирамида обнаружена в отдаленном районе Аляски

Экзотический эффект квантовой интерференции в изоляторе

Виды надежных дверных замков

Долгое путешествие на Марс опасно

Зачем нам нужны високосные годы

Знаменитые наблюдения НЛО в долине Гудзона

ИИ незаметно заменяет сотрудников Google

Илон Маск отправит миллиона человек на Марс

Информация об осведомителе НЛО засекречена

Мужчины и женщины действительно устроены по-разному

Наблюдения НЛО в Северной Дакоте

НАСА ищет астронавтов, которые будут жить в модели Марса

Низколетящий НЛО оставил следы на теле

Отдел НАСА по предупреждению об астероидах

План по воскрешению вымершего дронта

Прототип телескопа Эйнштейн прошел первые тесты

Разрушение атмосферы обитаемой экзопланеты

Ранние галактики походили на нашу

Самая маленькая из когда-либо наблюдавшихся звезд

Самый высокий мужчина встретил самую низкую женщину

Совершенно секретный отчет об НЛО 1948 года

Подписка на новости
Наверх
Яндекс.Метрика