Processador Sycamore do Google montado em um criostato, usado recentemente para demonstrar a supremacia quântica e a maior simulação de química quântica em um computador quântico. Crédito:Rocco Ceselin
Uma equipe de pesquisadores com a equipe AI Quantum do Google (trabalhando com colaboradores não especificados) conduziu a maior simulação química em um computador quântico até hoje. Em seu artigo publicado na revista Ciência , o grupo descreve seu trabalho e por que eles acreditam que foi um passo à frente na computação quântica. Xiao Yuan, da Universidade de Stanford, escreveu um artigo sobre Perspectiva que descreve os benefícios potenciais do uso do computador quântico para realizar simulações químicas e o trabalho da equipe da AI Quantum, publicado na mesma edição do jornal.
O desenvolvimento da capacidade de prever processos químicos simulando-os em computadores seria de grande benefício para os químicos - atualmente, eles fazem a maior parte por tentativa e erro. A previsão abriria a porta para o desenvolvimento de uma ampla gama de novos materiais com propriedades ainda desconhecidas. Tristemente, os computadores atuais não têm a escala exponencial que seria necessária para esse trabalho. Por causa disso, os químicos esperam que os computadores quânticos um dia entrem em cena para assumir o papel.
A atual tecnologia de computação quântica ainda não está pronta para enfrentar esse desafio, claro, mas os cientistas da computação esperam levá-los lá em algum momento no futuro próximo. Enquanto isso, grandes empresas como o Google estão investindo em pesquisas voltadas para o uso de computadores quânticos assim que amadurecerem. Neste novo esforço, a equipe da AI Quantum concentrou seus esforços na simulação de um processo químico simples - a aproximação Hartree-Fock de um sistema químico real - neste caso específico, uma molécula de diazene em reação com átomos de hidrogênio, resultando em uma configuração alterada.
Descobrir como programar o sistema quântico Sycamore do Google não foi difícil - a parte difícil foi descobrir como garantir que os resultados fossem precisos - os computadores quânticos são notoriamente sujeitos a erros. A validação foi a verdadeira conquista da equipe AI Quantum. Eles fizeram isso emparelhando o sistema quântico com um computador clássico. Ele foi usado para analisar os resultados fornecidos pela máquina Sycamore e, em seguida, fornecer novos parâmetros. Esse processo foi repetido até que o computador quântico trabalhou seu caminho para um valor mínimo. A equipe também usou dois outros sistemas de verificação, ambos voltados para o cálculo de resultados para detectar e corrigir erros.
Predições de energia de geometrias moleculares pelo modelo Hartree-Fock simulado em 10 qubits do processador Sycamore. Crédito:Google
Esquerda:A energia de uma cadeia linear de átomos de hidrogênio conforme a distância da ligação entre cada átomo é aumentada. A linha sólida é a simulação Hartree-Fock com um computador clássico enquanto os pontos são calculados com o processador Sycamore. Direita:Duas métricas de precisão (infidelidade e erro absoluto médio) para cada ponto calculado com Sycamore. “Raw” são os dados sem mitigação de erros do Sycamore. “+ PS” são dados de um tipo de mitigação de erro que corrige o número de elétrons. “+ Purificação” é um tipo de correção de mitigação de erro para o tipo certo de estado. “+ VQE” é a combinação de toda a mitigação de erro junto com o relaxamento variacional dos parâmetros do circuito. Experiências em H8, H10, e H12 mostram melhorias de desempenho semelhantes na mitigação de erros. Crédito:Google
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