El procesador Sycamore de Google montado en un criostato, utilizado recientemente para demostrar la supremacía cuántica y la simulación de química cuántica más grande en una computadora cuántica. Crédito:Rocco Ceselin
Un equipo de investigadores del equipo AI Quantum de Google (que trabaja con colaboradores no especificados) ha realizado la simulación química más grande en una computadora cuántica hasta la fecha. En su artículo publicado en la revista Ciencias , el grupo describe su trabajo y por qué creen que fue un paso adelante en la computación cuántica. Xiao Yuan, de la Universidad de Stanford, ha escrito un artículo en perspectiva que describe los beneficios potenciales del uso de la computadora cuántica para realizar simulaciones químicas y el trabajo del equipo de AI Quantum. publicado en el mismo número de la revista.
Desarrollar la capacidad de predecir procesos químicos simulándolos en computadoras sería de gran beneficio para los químicos; actualmente, lo hacen la mayor parte a través de prueba y error. La predicción abriría la puerta al desarrollo de una amplia gama de nuevos materiales con propiedades aún desconocidas. Desafortunadamente, las computadoras actuales carecen de la escala exponencial que se requeriría para tal trabajo. Por eso, Los químicos han estado esperando que las computadoras cuánticas algún día intervengan para asumir el papel.
La tecnología informática cuántica actual aún no está preparada para afrontar tal desafío, por supuesto, pero los científicos de la computación esperan llevarlos allí en algún momento en el futuro cercano. Mientras tanto, grandes empresas como Google están invirtiendo en investigación orientada al uso de computadoras cuánticas una vez que maduren. En este nuevo esfuerzo, el equipo de AI Quantum centró sus esfuerzos en simular un proceso químico simple, la aproximación Hartree-Fock de un sistema químico real, en este caso particular, una molécula de diazeno en reacción con átomos de hidrógeno, resultando en una configuración alterada.
Descubrir cómo programar el sistema cuántico Sycamore de Google no fue difícil; la parte difícil fue averiguar cómo garantizar que los resultados fueran precisos; las computadoras cuánticas son notoriamente propensas a errores. La validación fue el verdadero logro del equipo de AI Quantum. Lo hicieron emparejando el sistema cuántico con una computadora clásica. Se utilizó para analizar los resultados dados por la máquina Sycamore y luego para proporcionar nuevos parámetros. Este proceso se repitió hasta que la computadora cuántica llegó a un valor mínimo. El equipo también utilizó otros dos sistemas de verificación, ambos orientados al cálculo de resultados para detectar y corregir errores.
Predicciones de energía de geometrías moleculares mediante el modelo Hartree-Fock simulado en 10 qubits del procesador Sycamore. Crédito:Google
Izquierda:la energía de una cadena lineal de átomos de hidrógeno a medida que aumenta la distancia de enlace entre cada átomo. La línea continua es la simulación Hartree-Fock con una computadora clásica, mientras que los puntos se calculan con el procesador Sycamore. Derecha:dos métricas de precisión (infidelidad y error absoluto medio) para cada punto calculado con Sycamore. “Raw” son los datos sin mitigación de errores de Sycamore. “+ PS” son datos de un tipo de mitigación de errores que corrige el número de electrones. "+ Purificación" es un tipo de mitigación de errores que corrige el tipo de estado correcto. “+ VQE” es la combinación de toda la mitigación de errores junto con la relajación variacional de los parámetros del circuito. Experimentos con H8, H10, y H12 muestran mejoras de rendimiento similares en la mitigación de errores. Crédito:Google
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