論文の概要: Chemistry Beyond Exact Solutions on a Quantum-Centric Supercomputer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.05068v2
- Date: Thu, 14 Nov 2024 16:59:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-15 15:21:31.044488
- Title: Chemistry Beyond Exact Solutions on a Quantum-Centric Supercomputer
- Title（参考訳）: 量子中心型スーパーコンピュータにおける厳密な解を超える化学
- Authors: Javier Robledo-Moreno, Mario Motta, Holger Haas, Ali Javadi-Abhari, Petar Jurcevic, William Kirby, Simon Martiel, Kunal Sharma, Sandeep Sharma, Tomonori Shirakawa, Iskandar Sitdikov, Rong-Yang Sun, Kevin J. Sung, Maika Takita, Minh C. Tran, Seiji Yunoki, Antonio Mezzacapo,
- Abstract要約: 普遍量子コンピュータは、様々な量子システムの特性を予測できるシミュレータとして使用できる。
化学における電子構造問題は、100ビットのマークを囲む実用的なユースケースを提供する。
プリフォールト耐性量子プロセッサでは、分子エネルギーを見積もる多数の測定値が、禁忌のランタイムに繋がる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.562863293556441
- License:
- Abstract: A universal quantum computer can be used as a simulator capable of predicting properties of diverse quantum systems. Electronic structure problems in chemistry offer practical use cases around the hundred-qubit mark. This appears promising since current quantum processors have reached these sizes. However, mapping these use cases onto quantum computers yields deep circuits, and for pre-fault-tolerant quantum processors, the large number of measurements to estimate molecular energies leads to prohibitive runtimes. As a result, realistic chemistry is out of reach of current quantum computers in isolation. A natural question is whether classical distributed computation can relieve quantum processors from parsing all but a core, intrinsically quantum component of a chemistry workflow. Here, we incorporate quantum computations of chemistry in a quantum-centric supercomputing architecture, using up to 6400 nodes of the supercomputer Fugaku to assist a quantum computer with a Heron superconducting processor. We simulate the N$_2$ triple bond breaking in a correlation-consistent cc-pVDZ basis set, and the active-space electronic structure of [2Fe-2S] and [4Fe-4S] clusters, using 58, 45 and 77 qubits respectively, with quantum circuits of up to 10570 (3590 2-qubit) quantum gates. We obtain our results using a class of quantum circuits that approximates molecular eigenstates, and a hybrid estimator. The estimator processes quantum samples, produces upper bounds to the ground-state energy and wavefunctions supported on a polynomial number of states. This guarantees an unconditional quality metric for quantum advantage, certifiable by classical computers at polynomial cost. For current error rates, our results show that classical distributed computing coupled to quantum computers can produce good approximate solutions for practical problems beyond sizes amenable to exact diagonalization.
- Abstract（参考訳）: 普遍量子コンピュータは、様々な量子システムの特性を予測できるシミュレータとして使用できる。
化学における電子構造問題は、100キュービットのマークを囲む実用的なユースケースを提供する。
現在の量子プロセッサはこのサイズに達したので、これは有望と思われる。
しかし、これらのユースケースを量子コンピュータにマッピングすると、深い回路が得られる。
結果として、現実的な化学は、現在の量子コンピュータを孤立して到達できない。
自然の疑問は、古典的な分散計算によって量子プロセッサが、化学ワークフローの中核的で本質的に量子的なコンポーネント以外を解析することを緩和できるかどうかである。
本稿では,量子中心のスーパーコンピュータアーキテクチャに化学の量子計算を組み込み,スーパーコンピュータの6400個のノードを用いて,ヘロン超伝導プロセッサを用いた量子コンピュータを支援する。
相関一貫性を持つcc-pVDZ基底セットにおけるN$_2$三重結合の破れと、[2Fe-2S]と[4Fe-4S]クラスターの活性空間電子構造を、それぞれ58, 45, 77量子ビット、最大10570 (3590 2-qubit)量子ゲートの量子回路を用いてシミュレートする。
分子固有状態を近似する量子回路のクラスとハイブリッド推定器を用いて,本研究の結果を得た。
推定器は量子サンプルを処理し、基底状態エネルギーと多項式数で支持される波動関数の上限を生成する。
これは、古典的コンピュータが多項式コストで証明する、量子優位性のための無条件品質メートル法を保証する。
現在の誤差率では、量子コンピュータに結合した古典的分散計算が、正確な対角化を許容できる大きさを超える実用上の問題に対して良い近似解を導出できることが示されている。
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