الكيمياء ما وراء الحلول الدقيقة في حاسوب فائق مركزي كوانتي

يمكن استخدام حاسوب كوانتي عالمي كمحاكي قادر على التنبؤ بخصائص أنظمة كوانتية متنوعة. تقدم مشاكل البنية الإلكترونية في الكيمياء حالات استخدام عملية حول علامة المئة كيوبت. يبدو أن هذا واعد لأن المعالجات الكوانتية الحالية قد وصلت إلى هذه الأحجام. ومع ذلك، فإنMapping هذه الحالات للاستخدام على الحواسيب الكوانتية ينتج دوائر عميقة، وبالنسبة للمعالجات الكوانتية القابلة للتسامح مع الأخطاء، فإن العدد الكبير من القياسات لتقدير طاقات الجزيئات يؤدي إلى أوقات تشغيل غير قابلة للتحمل. نتيجة لذلك، فإن الكيمياء الواقعية خارج نطاق الحواسيب الكوانتية الحالية بمفردها. السؤال الطبيعي هو ما إذا كان يمكن للحساب الموزع التقليدي أن يخفف الضغط عن المعالجات الكوانتية من تحليل كل شيء عدا جزء أساسي، كوانتي بطبيعته، من سير العمل الكيميائي. هنا، ندمج الحسابات الكوانتية في كيمياء في بنية تحتية لحوسبة فائقة تتمحور حول الكوانتوم، باستخدام ما يصل إلى 6400 عقدة من الحاسوب الفائق Fugaku لمساعدة معالج كوانتي فائق التوصيل من نوع Heron. نحن نقوم بمحاكاة كسر الرابطة الثلاثية N₂ في مجموعة cc-pVDZ المتسقة مع الارتباط، والبنية الإلكترونية للمساحات النشطة من الزمر 2Fe-2S و 4Fe-4S، باستخدام 58 و 45 و 77 كيوبت على التوالي، مع دوائر كوانتية تصل إلى 10570 (3590 2-كيوبت) بوابات كوانتية. نحصل على نتائجنا باستخدام فئة من الدوائر الكوانتية التي تقرب الحالات الذاتية الجزيئية، ومقدر هجين. يقوم المقدر بمعالجة عينات كوانتية، وينتج حدود عليا لطاقة الحالة الأرضية والدوال الموجية المدعومة على عدد متعدد الحدود من الحالات. وهذا يضمن مقياس جودة غير مشروط للتفوق الكوانتي، يمكن التحقق منه من قبل الحواسيب التقليدية بتكاليف متعددة الحدود. بالنسبة لمعدلات الخطأ الحالية، تُظهر نتائجنا أن الحوسبة الموزعة التقليدية المرتبطة بالمعالجات الكوانتية يمكن أن تنتج حلول تقريبية جيدة لمشكلات عملية تتجاوز الأحجام المناسبة للتعريض الدقيق.